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基于FUPAC3D的非典型PCMI行为研究

刘振海 周毅 齐飞鹏 辛勇 李文杰 宫兆虎 曾未 张涛

刘振海, 周毅, 齐飞鹏, 辛勇, 李文杰, 宫兆虎, 曾未, 张涛. 基于FUPAC3D的非典型PCMI行为研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0077
引用本文: 刘振海, 周毅, 齐飞鹏, 辛勇, 李文杰, 宫兆虎, 曾未, 张涛. 基于FUPAC3D的非典型PCMI行为研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0077
Liu Zhenhai, Zhou Yi, Qi Feipeng, Xin Yong, Li Wenjie, Gong Zhaohu, Zeng Wei, Zhang Tao. Study on Non-classical PCMI Behavior Based on FUPAC3D[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0077
Citation: Liu Zhenhai, Zhou Yi, Qi Feipeng, Xin Yong, Li Wenjie, Gong Zhaohu, Zeng Wei, Zhang Tao. Study on Non-classical PCMI Behavior Based on FUPAC3D[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0077

基于FUPAC3D的非典型PCMI行为研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0077
详细信息
    作者简介:

    刘振海(1989—),男,高级工程师,现主要从事反应堆燃料设计工作,E-mail: 1989lzhh@sina.com

  • 中图分类号: TL352

Study on Non-classical PCMI Behavior Based on FUPAC3D

  • 摘要: 压水堆核燃料棒在Ⅱ类瞬态下芯块与包壳会发生强烈的机械相互作用(PCMI),当芯块存在掉块缺陷时,PCMI会进一步加强。针对这类非典型的PCMI现象,传统1.5维燃料性能分析程序无法分析。基于自主开发的3维燃料性能分析程序FUPAC3D进行了模拟计算,以芯块制造过程中常见的芯块掉块缺陷为例,分析了瞬态过程中芯块掉块对燃料棒传热和力学性能的影响。结果表明,芯块掉块附近的包壳温度分布不均匀,芯块掉块边缘处的温度升高,芯块掉块中心处的温度降低;芯块掉块附近的包壳向内凹陷,导致芯块掉块中心附近的包壳环向应力增加,相比完整芯块对应的“竹节”处(芯块端部)增加约14.3%,相比芯块中平面处增加约62.9%。

     

  • 图  1  FUPAC3D辐照-热-力耦合计算流程图

    Figure  1.  Flowchart of FUPAC3D Irradiation-Thermal-Mechanical Coupling Calculation

    图  2  芯块和包壳的3维模型

    Figure  2.  3D Model of Pellet and Cladding

    图  3  计算结果对比图

    Figure  3.  Comparison of Calculation Results

    图  4  芯块掉块PCMI模拟采用的几何模型

    Figure  4.  Geometric Model Used for PCMI Simulation of Missing Pellet Surface

    图  5  芯块与包壳间隙随时间的变化曲线

    Figure  5.  Time Dependent Variation Curve of the Gap between Pellet and Cladding

    图  6  不同位置处包壳内表面温度随时间的变化曲线

    Figure  6.  Time Dependent Variation Curve of the Inner Surface Temperature of Cladding at Different Positions

    图  7  瞬态最大功率时刻(5000.005 h)包壳温度3维分布

    Figure  7.  3D Distribution of Cladding Temperature at Transient Maximum Power (5000.005 h)

    图  8  不同位置处的包壳内表面环向应力随时间变化曲线

    Figure  8.  Time Dependent Variation Curve of Circumferential Stress on the Inner Surface of the Cladding at Different Positions

    图  9  瞬态最大功率时刻(5000.005 h)包壳环向应力3维分布

    Figure  9.  3D Distribution of Circumferential Stress in the Cladding at Transient Maximum Power (5000.005 h)

    表  1  3维模拟的主要输入参数

    Table  1.   Main Input Parameters of 3D Simulation

    运行时刻/h 局部线功率密度/
    (kW·m−1)
    燃料棒
    内压/MPa
    包壳外表面
    温度/℃
    0 0 2.1 20.0
    0.01 20 5.7 319.3
    5000 20 6.6 323.3
    5000.005 40 6.5 345.6
    5000.015 0 2.6 20.0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-13
  • 修回日期:  2024-10-11
  • 刊出日期:  2025-01-06

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