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乏燃料干法贮存系统贮罐模块力学特性数值研究

袁波 陈康 文青龙 徐世佳 程呈 聂照宇 徐晓

袁波, 陈康, 文青龙, 徐世佳, 程呈, 聂照宇, 徐晓. 乏燃料干法贮存系统贮罐模块力学特性数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 152-158. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0152
引用本文: 袁波, 陈康, 文青龙, 徐世佳, 程呈, 聂照宇, 徐晓. 乏燃料干法贮存系统贮罐模块力学特性数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 152-158. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0152
Yuan Bo, Chen Kang, Wen Qinglong, Xu Shijia, Cheng Cheng, Nie Zhaoyu, Xu Xiao. Numerical Study on Mechanical Characteristics of Storage Canister Module for Spent Fuel Dry Storage System[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 152-158. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0152
Citation: Yuan Bo, Chen Kang, Wen Qinglong, Xu Shijia, Cheng Cheng, Nie Zhaoyu, Xu Xiao. Numerical Study on Mechanical Characteristics of Storage Canister Module for Spent Fuel Dry Storage System[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 152-158. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0152

乏燃料干法贮存系统贮罐模块力学特性数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0152
详细信息
    作者简介:

    袁 波(1985—),男,副教授,主要从事反应堆热工水力研究,E-mail: boyuanyuan@cqu.edu.cn

    通讯作者:

    文青龙, E-mail: qlwen@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Numerical Study on Mechanical Characteristics of Storage Canister Module for Spent Fuel Dry Storage System

  • 摘要: 乏燃料干法贮存是处理乏燃料的重要方法,而贮存过程中燃料产生的高温会引起极大的热应力,可能导致材料的永久变形和破坏,研究乏燃料贮存系统中贮罐模块的力学特性具有重要的意义。以乏燃料干法贮存系统中的贮罐模块为研究对象,建立1/2缩比模型,基于计算的贮罐模块温度分布开展了正常贮存工况下贮罐模块的力学特性数值研究,为乏燃料干法贮存系统的缩比试验提供数据支撑。结果表明:①格架应力的总体趋势呈现为中心高、四周低,顶部和底部部分区域存在较大的剪切应力,铝制支撑块总体应力较小,贮存容器在容器壳体和顶部盖板的交界处存在较大应力;②在最低环境温度工况下燃料格架、铝制支撑块和贮存容器最大应力分别为253.71、89.99 、55.35 MPa,各部件应力均未超过法规限值。

     

  • 图  1  物理模型

    Figure  1.  Physical Model

    图  2  温度载荷

    Figure  2.  Contouring of Temperature Load

    图  3  贮存容器的应力强度

    Figure  3.  Contouring of the Storage Container Stress Intensity

    图  4  贮存容器沿顶盖和壳体交界处的应力强度

    Figure  4.  Storage Canister Stress Intensity along the Junction of the Top Cover and Shell

    图  5  格架上的正应力分布

    Figure  5.  Contouring of Normal Stress Distribution on Grid

    图  6  格架在x方向沿中心轴线的正应力

    Figure  6.  Normal Stress of the Grid along the Central Axis in the x-direction

    图  7  格架上的切应力分布

    Figure  7.  Contouring of Shear Stress Distribution on Grid

    图  8  格架的应力强度

    Figure  8.  Contouring of Stress Intensity of Grid

    图  9  格架沿中心轴线的应力强度

    Figure  9.  Stress Intensity of Grid along the Central Axis

    图  10  铝支撑块的应力强度

    Figure  10.  Contouring of Stress Intensity of Aluminum Support Block

    图  11  铝支撑块沿轴向的应力强度

    Figure  11.  Stress Intensity of Aluminum Support Block in the Axial Direction

    表  1  热膨胀计算结果

    Table  1.   Calculation Results of Thermal Expansion

    编号 计算对象1 计算对象2 方向 初始间隙/mm 膨胀后间隙/mm
    1 燃料模拟体 燃料格架 径向 1.00 1.08
    2 燃料模拟体 贮存容器 轴向 36.00 35.42
    3 铝支撑块 贮存容器 径向 2.00 1.32
    4 燃料格架 贮存容器 轴向 36.00 34.28
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    表  2  网格敏感性计算结果

    Table  2.   Calculation Results of Mesh Sensitivity

    编号 计算模型 网格数量 最大应力/MPa
    1 贮存容器 32474 53.10
    2 贮存容器 63355 55.35
    3 贮存容器 99015 54.21
    4 燃料格架 41202 255.26
    5 燃料格架 81750 253.71
    6 燃料格架 120990 255.58
    7 铝支撑块 138852 77.30
    8 铝支撑块 275500 89.99
    9 铝支撑块 418760 83.21
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    表  3  网格信息

    Table  3.   Mesh Information

    编号 计算模型 网格数 节点数 最大偏斜率
    1 贮存容器 63355 292945 0.547
    2 燃料格架 81750 570370 0.496
    3 铝支撑块 275500 1424288 0.744
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-21
  • 修回日期:  2024-02-26
  • 刊出日期:  2024-06-15

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