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高流速铅铋环境下板型燃料组件流致振动特性研究

孙瑜 刘建 王浩煜 钱升 齐欢欢

孙瑜, 刘建, 王浩煜, 钱升, 齐欢欢. 高流速铅铋环境下板型燃料组件流致振动特性研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 246-251. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0246
引用本文: 孙瑜, 刘建, 王浩煜, 钱升, 齐欢欢. 高流速铅铋环境下板型燃料组件流致振动特性研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 246-251. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0246
Sun Yu, Liu Jian, Wang Haoyu, Qian Sheng, Qi Huanhuan. Research on Flow Induced Vibration Characteristics of Plate Fuel Assembly in High-Flow Lead-bismuth Environment[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 246-251. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0246
Citation: Sun Yu, Liu Jian, Wang Haoyu, Qian Sheng, Qi Huanhuan. Research on Flow Induced Vibration Characteristics of Plate Fuel Assembly in High-Flow Lead-bismuth Environment[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 246-251. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0246

高流速铅铋环境下板型燃料组件流致振动特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0246
基金项目: 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室基金课题(2022-JCJQ-LB-003)
详细信息
    作者简介:

    孙 瑜(1995—),男,硕士研究生,现主要从事核工程相关流致振动分析研究,E-mail: sunyu19950528@126.com

  • 中图分类号: TL334

Research on Flow Induced Vibration Characteristics of Plate Fuel Assembly in High-Flow Lead-bismuth Environment

  • 摘要: 液态铅铋合金具有导热性能好、热容量高等特点,是新一代先进反应堆的理想冷却剂。本文建立了高流速铅铋环境下板型燃料组件全尺寸计算流体动力学(CFD)模型,基于大涡模拟湍流模型开展了瞬态流体力学分析并获得了燃料板所受的流体激励力。建立燃料板CFD模型,基于瞬态流体激励数据开展基于时域的结构动力学计算并获得燃料板的位移响应。计算结果显示,由于吊装结构形成的漩涡脱落,中间位置燃料板所受流体激励力远大于两侧位置燃料板。燃料板位移响应集中于自身的一阶频率,并且单组燃料板的一阶频率远大于湍流激励主频,因此燃料板没有在流体激励下共振的风险。考虑到入口湍流强度影响,基于矩形流道功率密度谱的流致振动分析方法保守性能不足。本研究可为新一代高性能燃料组件研发提供参考。

     

  • 图  1  模型网格示意图

    Figure  1.  Diagram of Model Grids

    图  2  网格数目与流场压降的关系

    Figure  2.  Relationship Between Number of Grids and Pressure Drop  

    图  3  监测点脉动压力时程图

    Figure  3.  Time Domain Figure for Pressure Pulsation at Monitoring Point

    图  4  监测点所受脉动压力差均方根值

    Figure  4.  RMS of Pressure Pulsation at Monitoring Point

    图  5  燃料板入口位置湍流强度

    Figure  5.  Turbulence Intensity at Inlet of Fuel Plate

    图  6  燃料板入口位置速度流线图

    Figure  6.  Velocity Streamline at Inlet of Fuel Plate

    图  7  燃料板动力分析模型示意图

    Figure  7.  Diagram of Finite Element Model for Fuel Plate

    图  8  附加流体质量计算参数示意图

    Figure  8.  Calculation Method for Fluid Added Mass

    图  9  燃料板节点位移时程图

    Figure  9.  Time Domain Figure of Compute Node on Fuel Plate

    图  10  燃料板节点位移响应频谱图

    Figure  10.  Frequency Domain Figure of Compute Node on Fuel Plate

    表  1  板型燃料组件流场主要参数

    Table  1.   Main Parameters of Flow Field in Plate Fuel Assembly  

    参数 数值及描述
    反应堆冷却剂 Pb-55.5%Bi
    冷却剂流动方向 自上而下
    活性段冷却剂入口流速/(m·s−1) 4
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    表  2  燃料板前10阶模态频率

    Table  2.   The First 10th Modal Frequencies of Fuel Plate

    阶数 频率/Hz
    1 84.971
    2 85.242
    3 86.469
    4 88.532
    5 91.561
    6 95.679
    7 101.02
    8 107.72
    9 115.90
    10 125.67
    下载: 导出CSV

    表  3  燃料板最大位移响应

    Table  3.   Maximum Displacement Response of Fuel Plate

    燃料板 最大位移均方根值/μm 最大位移幅值/μm
    1 13.03 47.97
    2 18.96 61.57
    3 31.76 115.05
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-26
  • 修回日期:  2024-04-02
  • 刊出日期:  2024-06-13

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