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考虑流阻-过滤-承载性能的下管座结构优化研究

张博 袁攀 肖忠 光宏昊 柴振鸿 段鑫 辛勇 朱发文 孙坤 李宝童

张博, 袁攀, 肖忠, 光宏昊, 柴振鸿, 段鑫, 辛勇, 朱发文, 孙坤, 李宝童. 考虑流阻-过滤-承载性能的下管座结构优化研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 225-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0225
引用本文: 张博, 袁攀, 肖忠, 光宏昊, 柴振鸿, 段鑫, 辛勇, 朱发文, 孙坤, 李宝童. 考虑流阻-过滤-承载性能的下管座结构优化研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 225-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0225
Zhang Bo, Yuan Pan, Xiao Zhong, Guang Honghao, Chai Zhenhong, Duan Xin, Xin Yong, Zhu Fawen, Sun Kun, Li Baotong. Structure Optimization of Bottom Nozzle for Flow Resistance- Filtration-Bearing Performance[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 225-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0225
Citation: Zhang Bo, Yuan Pan, Xiao Zhong, Guang Honghao, Chai Zhenhong, Duan Xin, Xin Yong, Zhu Fawen, Sun Kun, Li Baotong. Structure Optimization of Bottom Nozzle for Flow Resistance- Filtration-Bearing Performance[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 225-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0225

考虑流阻-过滤-承载性能的下管座结构优化研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0225
基金项目: 四川省重点研发项目(24SYSX0023)
详细信息
    作者简介:

    张 博(1996—),男,博士研究生,工程师,现主要从事反应堆核燃料设计研究,E-mail: zhangbo_26@qq.com

    通讯作者:

    肖 忠,E-mail: xz85903249@163.com

  • 中图分类号: TL352.1

Structure Optimization of Bottom Nozzle for Flow Resistance- Filtration-Bearing Performance

  • 摘要: 为实现燃料组件下管座的冷却剂压降、异物过滤和结构承载等多种性能的综合提升,本研究提出了一种多目标优化方法。该方法以冷却剂压降和异物过滤效率为目标,优化下管座的关键尺寸参数,并以六边形下管座为例开展了尺寸优化研究。结果表明,采用该方法下管座的冷却剂压降和异物过滤的优化幅度分别达到12.5%和6.3%,并且优化后的最大应力同步降低14.0%,性能提升效果显著。本研究建立的多目标优化方法具有通用性,能够适用于其他类型下管座的结构优化以提升其综合性能。

     

  • 图  1  综合性能优化流程

    Figure  1.  Flowchart of Comprehensive Performance Optimization

    图  2  压降和过滤效率耦合计算流程

    Figure  2.  Flowchart of Coupled Calculation of Pressure Drop and Filtration Efficiency

    图  3  下管座结构示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of the Bottom Nozzle Structure

    图  4  下管座设计尺寸

    Figure  4.  Design Dimensions of Bottom Nozzle

    图  5  压降对于设计参数的敏感性

    Figure  5.  Sensitivity of Pressure Drop to Design Parameters

    图  6  过滤效率对于设计参数的敏感性

    Figure  6.  Sensitivity of Filtration Efficiency to Design Parameters

    图  7  压降响应面

    Figure  7.  Response Surface of Pressure Drop

    图  8  过滤效率响应面

    Figure  8.  Response Surface of Filtration Efficiency

    表  1  设计尺寸初始值与变化范围

    Table  1.   Initial Values and Variation Range of the Design Parameters

    尺寸L1/mmL2/mmD/mmH1/mmH2/mm
    初始值5.05.03.010.0110.0
    变化范围4.5~5.54.5~5.52.7~3.39.0~11.0100.0~110.0
    下载: 导出CSV

    表  2  基于DOE方法的设计尺寸样本点

    Table  2.   Sample Points of Design Parameters Based on DOE Method

    序号 L1/mm L2/mm D/mm H1/mm H2/mm
    1 4.92 4.94 2.83 10.81 107.50
    2 5.02 5.41 3.12 10.31 105.51
    3 4.76 5.38 3.00 10.08 104.49
    4 4.64 4.61 2.89 10.60 101.47
    5 4.86 5.26 2.93 10.53 101.97
    6 5.47 5.46 3.23 9.51 103.70
    7 5.19 4.89 2.96 9.23 109.51
    8 4.98 4.77 3.18 9.43 109.06
    9 5.24 5.09 3.10 10.44 106.06
    10 5.15 5.00 2.98 9.87 102.95
    11 5.28 4.80 2.87 10.20 103.25
    12 5.41 5.22 3.07 9.97 104.59
    13 4.74 4.70 2.80 9.71 102.34
    14 4.57 4.69 2.78 10.93 100.46
    15 5.10 4.52 3.04 10.18 108.86
    16 4.83 4.58 2.74 9.19 107.73
    17 5. 40 5.20 3.16 9.70 106.79
    18 4.53 5.02 2.70 9.38 108.00
    19 4.67 5.32 3.27 9.03 100.86
    20 5.34 5.14 3.24 10.73 105.37
    下载: 导出CSV

    表  3  优化前后尺寸对比

    Table  3.   Comparison between Initial and Optimized Sizes

    尺寸L1/mmL2/mmD/mmH1/mmH2/mm
    优化前5.005.003.0010.00110.00
    优化后4.655.002.939.69105.14
    下载: 导出CSV

    表  4  优化前后性能对比

    Table  4.   Comparison between Initial and Optimized Performances

    压降/Pa 不同异物的过滤效率/% 最大应力/
    MPa
    Φ1.0 mm×
    8 mm
    Φ1.0 mm×
    16 mm
    Φ1.5 mm×
    8 mm
    初始值 3497.4 90 93 92 130.66
    优化值 3059.7 97 100 97 112.43
    改善量/% 12.5 7 7 5 14.0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-06
  • 修回日期:  2024-07-10
  • 刊出日期:  2025-02-15

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