高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于流固热耦合的燃料元件包壳结构完整性分析

余航 赵新文 傅晟威 朱康

余航, 赵新文, 傅晟威, 朱康. 基于流固热耦合的燃料元件包壳结构完整性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 106-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0106
引用本文: 余航, 赵新文, 傅晟威, 朱康. 基于流固热耦合的燃料元件包壳结构完整性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 106-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0106
Yu Hang, Zhao Xinwen, Fu Shengwei, Zhu Kang. Structural Integrity Analysis of Fuel Element Cladding Based on Fluid-Solid-Heat Coupling[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 106-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0106
Citation: Yu Hang, Zhao Xinwen, Fu Shengwei, Zhu Kang. Structural Integrity Analysis of Fuel Element Cladding Based on Fluid-Solid-Heat Coupling[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 106-112. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0106

基于流固热耦合的燃料元件包壳结构完整性分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0106
详细信息
    作者简介:

    余 航(1994—),男,博士研究生,现主要从事舰船核动力维修工程研究,E-mail: 870021295@qq.com

    通讯作者:

    傅晟威,E-mail: 44986199@qq.com

  • 中图分类号: TL352.2+2

Structural Integrity Analysis of Fuel Element Cladding Based on Fluid-Solid-Heat Coupling

  • 摘要: 反应堆系统发生瞬态工况时,冷却剂温度的瞬间大幅度变化会对燃料元件包壳结构完整性造成冲击,危及反应堆安全。本文以某压水堆3×3燃料组件为对象,采用流固热耦合方法对冷水事故下燃料组件的流动换热特性和燃料元件包壳温度、变形及应力进行了三维精细化模拟。结果表明:定位格架能够增强燃料棒表面的对流换热强度;包壳变形时向与刚凸接触的一侧折弯,向与弹簧接触的一侧凸起;包壳与定位格架接触部位的温度和最大等效应力随事故时间不断增大,且最大等效应力超过了包壳材料的屈服强度,将发生强度失效,影响其结构完整性。本文研究可为反应堆燃料元件包壳瞬态工况下的完整性评价提供借鉴。

     

  • 图  1  3×3燃料组件简化结构

    Figure  1.  Simplified Structure of 3×3 Fuel Assembly

    图  2  整体计算域 单位:mm

    Figure  2.  Overall Calculation Domain

    图  3  网格无关性检验

    Figure  3.  Test of Grid Independence

    图  4  网格划分结果

    Figure  4.  Grid Partition

    图  5  不同轴向横截面的横向速度分布

    Figure  5.  Transverse Velocity Distribution of Different Axial Cross Section

    图  6  不同轴向横截面的温度分布

    Figure  6.  Temperature Distribution of Different Axial Cross Section

    图  7  包壳表面温度分布

    Figure  7.  Surface Temperature Distribution of Claddings

    图  8  包壳及燃料棒温度变化曲线

    Figure  8.  Temperature Variation Curve of Cladding and Fuel Rod

    图  9  包壳和定位格架最大变形量变化曲线

    Figure  9.  Variation Curve of Maximum Deformation of Cladding and Spacer Grid

    图  10  包壳变形分布云图

    Figure  10.  Deformation Distribution of Cladding

    图  11  包壳最大等效应力分布

    Figure  11.  Maximum Equivalent Stress Distribution of Cladding   

    图  12  包壳最大等效应力变化曲线

    Figure  12.  Variation Curve of Maximum Equivalent Stress of Cladding

  • [1] NAGASE F, CHUTO T, FUKETA T. Behavior of high burn-up fuel cladding under LOCA conditions[J]. Journal of Nuclear Science and Technology, 2009, 46(7): 763-769. doi: 10.1080/18811248.2007.9711583
    [2] KHVOSTOV G. Analysis of cladding failure in a BWR fuel rod using a SLICE-DO model of the FALCON code[J]. Nuclear Engineering and Technology, 2020, 52(12): 2887-2900. doi: 10.1016/j.net.2020.05.015
    [3] HALABUK D, NAVRAT T. Thermomechanical assessment of fuel rod cladding made of zirconium alloy and silicon carbide material during reactivity-initiated accident[J]. Nuclear Science and Engineering, 2018, 189(1): 69-81. doi: 10.1080/00295639.2017.1373518
    [4] 路怀玉,唐昌兵,李垣明,等. 热管堆燃料棒辐照-热-力学行为的数值研究[J]. 冶金管理,2020(5): 38-39.
    [5] 王璐,庞华,青涛,等. 反应堆Ⅱ类瞬态工况燃料棒包壳应变分析研究[J]. 应用科技,2019, 46(5): 76-79.
    [6] 王烨. 压水堆棒束通道流动与传热耦合数值研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2019.
    [7] 余航,赵新文,傅晟威. 船用核动力装置止回阀的流固热耦合研究[J]. 核动力工程,2019, 40(4): 25-28.
    [8] 孙汉虹, 程平东, 缪鸿兴, 等. 第三代核电技术AP1000[M]. 第二版. 北京: 中国电力出版社, 2016: 39-40.
    [9] 刘卢果,江光明,李松蔚,等. 单相4×4棒束流动试验的CFD方法验证[J]. 核动力工程,2019, 40(4): 177-182.
    [10] 秦勉,蒲曾坪,陈平,等. 定位格架静态屈曲载荷分析方法研究[J]. 核动力工程,2018, 39(S1): 28-33.
    [11] 刘鸿文. 材料力学Ⅰ[M]. 北京: 高等教育出版社, 2017: 255-260.
    [12] 周邦新,马继梅,杨敏华,等. Zr-4板材拉伸性能的研究[J]. 核动力工程,1988, 9(4): 64-68.
  • 加载中
图(12)
计量
  • 文章访问数:  390
  • HTML全文浏览量:  69
  • PDF下载量:  65
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-17
  • 录用日期:  2021-06-23
  • 修回日期:  2021-06-23
  • 刊出日期:  2022-08-04

目录

    /

    返回文章
    返回