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核反应堆内高温条件下膨胀对控制棒下落的影响分析

陈昌义 席炎炎 鲁亚恒 吴炫龙 吴锋

陈昌义, 席炎炎, 鲁亚恒, 吴炫龙, 吴锋. 核反应堆内高温条件下膨胀对控制棒下落的影响分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 108-114. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0108
引用本文: 陈昌义, 席炎炎, 鲁亚恒, 吴炫龙, 吴锋. 核反应堆内高温条件下膨胀对控制棒下落的影响分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 108-114. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0108
Chen Changyi, Xi Yanyan, Lu Yaheng, Wu Xuanlong, Wu Feng. Analysis of Influence of Expansion on Control Rod Drop in Nuclear Reactor at High Temperature[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 108-114. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0108
Citation: Chen Changyi, Xi Yanyan, Lu Yaheng, Wu Xuanlong, Wu Feng. Analysis of Influence of Expansion on Control Rod Drop in Nuclear Reactor at High Temperature[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 108-114. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0108

核反应堆内高温条件下膨胀对控制棒下落的影响分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0108
详细信息
    作者简介:

    陈昌义(1990—),男,高级工程师,现主要从事先进核燃料设计与热工水力研究,E-mail: 405783961@qq.com

  • 中图分类号: TL362

Analysis of Influence of Expansion on Control Rod Drop in Nuclear Reactor at High Temperature

  • 摘要: 核反应堆内的高温环境会导致控制棒组件产生热膨胀现象,进而影响控制棒组件的下落时间。为研究热膨胀对控制棒组件下落的影响,建立考虑膨胀变形的控制棒下落流固耦合模型,求解控制棒组件下落过程的动力学方程。采用有限元对导向管和控制棒进行稳态热力耦合分析,得到高温条件下控制棒和导向管的膨胀变形。基于所建立模型比较考虑热膨胀和不考虑热膨胀条件下控制棒的下落动力学过程。分析结果表明,热膨胀现象延迟了控制棒整体下落时间,但对控制棒进入缓冲段入口的时间影响较小,因此在一般情况下热膨胀对落棒时间的影响可以忽略,但在工程中仍需要重视控制棒膨胀引起的后果。本文研究结果对控制棒结构设计以及控制棒堆内落棒时间分析有重要意义。

     

  • 图  1  控制棒下落热膨胀模型

    黄色部分—控制棒向外膨胀部分;P—压强;v—控制棒下落速度

    Figure  1.  Thermal Expansion Model of Control Rod Drop

    图  2  圆管模型

    ${d_{{\text{GT}}}}$—导向管直径;蓝色箭头—流体流动方向,下同

    Figure  2.  Tube Model

    图  3  圆环模型

    Qm—导向管内无控制棒时的流量

    Figure  3.  Torus Model

    图  4  控制棒和导向管的轴向温度分布图

    Figure  4.  Axial Temperature Distribution of Control Rod and Guide Tube

    图  5  控制棒网格划分

    Figure  5.  Grid division of Control rod

    图  6  导向管网格划分

    Figure  6.  Grid Division of Guide Tube

    图  7  控制棒和导向管径向变形图

    Figure  7.  Radial Deformation of Control Rod and Guide Tube

    图  8  不同位置直径变化与轴向坐标关系图

    Figure  8.  Relationship between Diameter Change at Different Positions and Axial Coordinate

    图  9  热膨胀前后控制棒下落过程对比图

    Figure  9.  Comparison of Rod Drop Processes before and after Expansion

    表  1  堆芯结构和流量相关参数

    Table  1.   Parameters of Core Structure and Flow Rate

    参数名 数值
    控制棒长度/m 4
    控制棒直径/mm 9.7
    导向管底部长度/m 0.5
    导向管底部内径/mm 10
    导向管顶部长度/m 3.5
    导向管顶部内径/mm 11.4
    侧孔距底部距离/m 0.52
    反应堆内每个回路内的流量/(m3·s−1) 1.8×10−3
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    表  2  热膨胀前后落棒时间相对偏差

    Table  2.   Relative Deviation of Control Rod Time before and after Thermal Expansion

    对比项 热膨胀前 热膨胀后 相对偏差
    控制棒进入缓冲段时间 1.4270 s 1.4375 s 0.74%
    控制棒整体落棒时间 1.8587 s 1.9197 s 3.28%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-19
  • 修回日期:  2024-07-23
  • 刊出日期:  2024-10-14

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