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正交实验方法在燃料元件性能分析测试算例设计中的应用

何康年 丁铭 郭泽华 朱亚楠 魏超

何康年, 丁铭, 郭泽华, 朱亚楠, 魏超. 正交实验方法在燃料元件性能分析测试算例设计中的应用[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 249-255. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0249
引用本文: 何康年, 丁铭, 郭泽华, 朱亚楠, 魏超. 正交实验方法在燃料元件性能分析测试算例设计中的应用[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 249-255. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0249
He Kangnian, Ding Ming, Guo Zehua, Zhu Yanan, Wei Chao. Application of Orthogonal Experimental Design in Fuel Rod Test Case Design[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 249-255. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0249
Citation: He Kangnian, Ding Ming, Guo Zehua, Zhu Yanan, Wei Chao. Application of Orthogonal Experimental Design in Fuel Rod Test Case Design[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 249-255. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0249

正交实验方法在燃料元件性能分析测试算例设计中的应用

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0249
基金项目: 国家自然科学基金项目(11405036)
详细信息
    作者简介:

    何康年(1999—),男,硕士研究生,现主要从事热工水力方面的研究,E-mail: 3516627802@qq.com

    通讯作者:

    丁 铭,E-mail: dingming@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL349

Application of Orthogonal Experimental Design in Fuel Rod Test Case Design

  • 摘要: 为了评估参数不确定度给燃料元件性能带来的影响,需要对设计阶段的燃料元件误差范围内参数组合进行计算和评估。采用正交实验方法对棒状燃料元件关键参数进行组合取值并编制测试算例,以评估参数不确定度对燃料元件行为的影响。根据选取的关键设计参数和各参数水平编制混合水平正交表,并确定36组测试算例。对36个算例进行测试计算,结果表明部分测试算例的包壳总变形不满足燃料棒设计准则,说明参数不确定度对燃料元件行为产生了负面影响。测试算例的编制和分析对燃料元件设计具有一定的指导意义。

     

  • 图  1  关键输出参数敏感性指数

    Figure  1.  Sensitivity Index for Key Output Parameters

    图  2  关键输出参数的均值与标准差

    Figure  2.  Mean and Standard Deviation of Key Output Parameters

    图  3  关键输出参数的极差

    Figure  3.  Range of Key Output Parameters

    表  1  24-I-6燃料棒主要参数

    Table  1.   Main Parameters of 24-I-6 Fuel Rod

    参数 数值
    冷却剂流量/(kg·m−2·s−1) 2848.07
    冷却剂入口温度/℃ 255
    冷却剂压力/MPa 15.16
    包壳外径/mm 10.72
    包壳内径/mm 9.48
    芯块外径/mm 9.29
    芯块高度/mm 15.24
    燃料棒长度/mm 975.36
    上气腔长度/mm 101.97
    预充气体压力/MPa 1.38
    燃料235U富集度/% 6.42
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    表  2  燃料棒关键输入参数及不确定度

    Table  2.   Key Input Parameters and Corresponding Uncertainties of Fuel Rod

    输入参数 名义值 不确定度/%
    包壳外径Rc2 10.72 mm ±0.5
    包壳内径Rc1 9.48 mm ±0.5
    芯块外径Rf 9.29 mm ±0.5
    上气腔长度h 101.97 mm ±0.5
    芯块孔隙率fpor 5.23% ±13
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    表  3  输入参数离散化数值表

    Table  3.   Discretized Numerical Table of Input Parameters

    输入参数 离散点
    0 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6
    Rc2/mm 10.666 10.684 10.702 10.720 10.738 10.756
    Rc1/mm 9.433 9.449 9.465 9.481 9.497 9.513
    Rf /mm 9.244 9.259 9.274 9.289 9.304 9.319
    h/mm 101.46 101.63 101.80 101.97 102.14 102.31
    fpor/% 4.550 4.777 5.004 5.231 5.458 5.685
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    表  4  输入参数水平

    Table  4.   Levels of Input Parameters

    输入参数 水平
    1 2 3
    Rc2/mm 10.666 10.720 10.774
    Rc1/mm 9.433 9.480 9.527
    Rf/mm 9.244 9.290 9.336
    h/mm 101.46 102.48
    fpor/% 4.55 5.91
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    表  5  测试算例混合水平正交表

    Table  5.   Mixed Level Orthogonal Table of Test Cases

    算例编号 h/mm fpor/% Rf/mm Rc1/mm Rc2/mm 算例编号 h/mm fpor/% Rf /mm Rc1/mm Rc2/mm
    1 101.46 4.55 9.244 9.433 10.720 19 102.48 4.55 9.244 9.433 10.720
    2 101.46 4.55 9.290 9.480 10.774 20 102.48 4.55 9.290 9.480 10.774
    3 101.46 4.55 9.336 9.527 10.666 21 102.48 4.55 9.336 9.527 10.666
    4 101.46 4.55 9.244 9.480 10.666 22 102.48 4.55 9.244 9.527 10.666
    5 101.46 4.55 9.290 9.527 10.720 23 102.48 4.55 9.290 9.433 10.720
    6 101.46 4.55 9.336 9.433 10.774 24 102.48 4.55 9.336 9.480 10.774
    7 101.46 4.55 9.244 9.527 10.774 25 102.48 4.55 9.244 9.480 10.720
    8 101.46 4.55 9.290 9.433 10.666 26 102.48 4.55 9.290 9.527 10.774
    9 101.46 4.55 9.336 9.480 10.720 27 102.48 4.55 9.336 9.433 10.666
    10 101.46 5.91 9.244 9.480 10.666 28 102.48 5.91 9.244 9.527 10.666
    11 101.46 5.91 9.290 9.527 10.720 29 102.48 5.91 9.290 9.433 10.720
    12 101.46 5.91 9.336 9.433 10.774 30 102.48 5.91 9.336 9.480 10.774
    13 101.46 5.91 9.244 9.480 10.720 31 102.48 5.91 9.244 9.527 10.774
    14 101.46 5.91 9.290 9.527 10.774 32 102.48 5.91 9.290 9.433 10.666
    15 101.46 5.91 9.336 9.433 10.666 33 102.48 5.91 9.336 9.480 10.720
    16 101.46 5.91 9.244 9.433 10.774 34 102.48 5.91 9.244 9.433 10.774
    17 101.46 5.91 9.290 9.480 10.666 35 102.48 5.91 9.290 9.480 10.666
    18 101.46 5.91 9.336 9.527 10.720 36 102.48 5.91 9.336 9.527 10.720
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    表  6  36个测试算例输出结果

    Table  6.   Output Results of 36 Test Cases

    算例编号 Tmax/℃ Cmax/μm Dmax/% Pmax/MPa 算例编号 Tmax/℃ Cmax/μm Dmax/% Pmax/MPa
    1 1939.5 14.657 0.66413 10.581 19 1939.4 14.657 0.66654 10.493
    2 1936.6 14.356 0.67379 10.374 20 1936.5 14.356 0.67610 10.288
    3 1924.6 14.942 0.74290 10.093 21 1924.5 14.943 0.74496 9.997
    4 1931.9 14.900 0.97244 10.680 22 1928.8 14.946 1.23456 10.659
    5 1929.0 14.616 0.98101 10.478 23 1938.0 14.662 0.49306 10.095
    6 1940.1 14.271 0.31665 9.808 24 1935.2 14.320 0.49476 9.898
    7 1935.9 14.352 1.15130 10.774 25 1934.9 14.628 0.94796 10.623
    8 1935.3 14.905 0.51017 10.149 26 1932.2 14.352 0.95646 10.422
    9 1932.4 14.653 0.51184 9.950 27 1933.9 14.887 0.35126 9.6609
    10 1982.7 14.902 0.94044 11.329 28 1980.9 14.950 1.19810 11.282
    11 1980.0 14.618 0.94954 11.123 29 1988.4 14.649 0.48711 10.760
    12 1990.5 14.352 0.31285 10.477 30 1985.7 14.305 0.48883 10.552
    13 1986.0 14.631 0.91302 11.362 31 1988.3 14.358 1.11840 11.315
    14 1982.9 14.356 0.92238 11.152 32 1985.6 14.896 0.50429 10.728
    15 1984.7 14.877 0.34685 10.414 33 1982.7 14.642 0.50598 10.521
    16 1992.8 14.364 0.61510 11.289 34 1992.6 14.365 0.61803 11.192
    17 1981.1 14.944 0.69192 10.981 35 1981.0 14.945 0.69259 10.887
    18 1978.4 14.632 0.69400 10.774 36 1978.3 14.633 0.69650 10.683
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-27
  • 修回日期:  2024-07-10
  • 刊出日期:  2024-10-14

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