反应性引入事故下PCMI现象的有限元模型研究

反应性引入事故(RIA)在反应堆内瞬间引入巨大的反应性,产生的瞬态功率脉冲使燃料芯块快速地膨胀。这种热膨胀使核燃料棒芯块包壳之间的间隙闭合后发生机械相互作用(PCMI),会造成燃料棒变形甚至失效。反应性引入事故无法在商业堆内开展实验,目前可用于模拟RIA的方法有三大类,分别是脉冲研究堆堆内试验、堆外模拟实验、程序模拟分析。这三种模拟RIA的方法中,使用基于有限元法开发的燃料瞬态性能分析程序模拟RIA下的PCMI是一种更容易实现、误差更小且性价比更高的模拟方法。本研究将重点对比介绍这三类模拟RIA的方法和有限元法模拟RIA下PCMI现象的基础模型。

秦山核电厂燃料棒 PCMI 效应和包壳疲劳分析

用ＦＲＡＰＣＯＮ－２程序中二维有限元力学模块ＡＸＩＳＹＭ分析了秦山核电厂燃料芯块与包壳之间的机械相互作用（ＰＣＭＩ），给出了包壳局部应力的计算结果。根据ＬＡＮＧＥＲ＆Ｏ’ＤＯＮＮＥＬ疲劳寿命经验公式和ＭＩＮＥＲ法则，编制了疲劳分析程序ＦＡＴＩＧ－１，分析了秦山核电厂燃料包壳在负荷追随运行工况下的积累疲劳损伤因子，为秦山核电厂燃料元件的设计改进和安全审评提供依据。

稠密栅棒型燃料元件堆芯设计及应用

初步分析了以正三角形栅格紧密排列组成的棒形燃料组件和堆芯的优越性。简要介绍了稠密栅在中小型核动力装置中的应用。通过分析与对比,展示出稠密栅的应用前景。

耐事故燃料控制棒备选材料的燃耗分析

为从中子学角度对耐事故燃料控制棒备选材料进行评价,本文将稀土元素的倍半氧化物(Eu_(2)O_(3),Gd_(2)O_(3),Sm_(2)O_(3),Dy_(2)O_(3),Er_(2)O_(3))、Hf及HfO 2等材料的控制棒分别置于相同的全陶瓷微胶囊封装燃料组件中,使控制棒所处组件的累积燃耗达到200 GW·d·t^(-1),采用可执行精细燃耗计算的蒙特卡罗程序RMC,计算了燃耗过程中控制棒价值的变化情况,并与传统的控制棒材料Ag-In-Cd的燃耗行为进行了对比分析。结果表明,Eu_(2)O_(3),Dy_(2)O_(3),Sm_(2)O_(3)和Hf的初始反应性均不低于Ag-In-Cd的反应性,且随着燃耗加深,控制棒价值的衰减相对缓慢,尤其是Eu_(2)O_(3)和Dy_(2)O_(3)的控制棒价值随燃耗加深几乎无衰减,有利于堆芯反应性控制,是优良的控制棒材料。

基于ANSYS的核电用燃料棒的特种焊接电场效应分析

根据有限元法建立利用特种压力电阻焊制造的核电用燃料棒的三维电场分析模型,通过理论分析及程序模拟计算,得出该燃料棒在特定的试验模拟参数下的电场分布规律.利用ANSYS的模拟结果与真实测试结果进行比较,验证了计算结果的可靠性.

纵向涡发生器对棒状燃料元件温度场的影响分析

运用CFD方法,模拟计算了在反应堆棒状燃料元件包壳表面加装纵向涡产生器(LVG)后,燃料棒、气隙、包壳和冷却剂的温度场和冷却剂的流场。计算时采用分块结构网格对带LVG的计算区域划分网格,使用SSTk-ω模型模拟冷却剂的湍流流动,对于控制方程和湍流方程的离散采用二阶格式以保证计算精度。计算结果表明:加装LVG后,包壳和冷却剂间的换热有所改善,燃料棒、气隙和包壳的最高温度有所降低。在LVG附近,燃料棒、气隙、包壳和冷却剂温度均会出现一个峰值,然后急剧下降。冷却剂流动的湍动能突然增强,有效地增强了冷却剂的横向流动,经过LVG后,湍动能逐渐减弱,横向流动速度也逐渐减小。

不同芯块和包壳状态下燃料棒温度场的数值模拟

该文采用Simulation软件对燃料棒芯块与包壳同心、侧偏和倾斜状态下的温度场,芯块和包壳在名义、最大和最小尺寸状态下的温度场进行了研究。结果表明:芯块在包壳内的侧偏和倾斜状态下,芯块温度场较同心状态也发生反向的侧偏和倾斜,芯块中心温度略有降低,芯块侧偏引起芯块表面局部温度升降明显,包壳内外壁温度随芯块状态变化很小;芯块和包壳尺寸的最大和最小状态下,芯块温度场较名义状态下变化显著,芯块的中心温度和表面温度均有较大升降,包壳内外壁温度变动不明显。

压水堆燃料元件棒传热的分析

反应堆中堆芯传热问题非常复杂.本文对压水堆燃料元件棒内的传热做了简化,将燃料芯块视为含内热源的稳态传热,芯块与包壳之间的间隙以及包壳看作稳态导热,探讨燃料元件棒内热量的传递,得到各区间的温度分布、热流量分布.

DF-VI快中子临界装置2号堆芯临界实验

DF-VI快中子临界装置在改造完成、堆芯发生了变化以后,进行了重新启动和一系列的实验测量。测量内容有:根据29次临界实验的数据对2号堆芯平均临界元件数和临界质量进行了计算;应用周期法和棒补偿法对控制棒价值进行了刻度;用逆动态反应性计对安全棒和安全块的价值进行了测量;对单根边缘元件价值和径向元件价值分布进行了测量。通过以上实验测量,确定了DF-VI快中子临界装置2号堆芯的主要安全运行参数。

芯块-包壳间隙对燃料棒温度场影响的数值模拟

本文采用Simulation软件进行了芯块-包壳间隙对燃料棒温度场影响的数值模拟研究。结果表明:芯块-包壳间隙和燃料棒线功率对燃料棒温度场产生重要影响。与名义间隙状态相比,最大和最小间隙状态下的芯块温度场变化明显,但包壳温度场受影响较小;不同芯块-包壳间隙状态下的芯块中心温度差异随燃料棒线功率的提高先增大后逐渐减小;在芯块和包壳的不同尺寸状态下,芯块中心温度随芯块-包壳间隙变化近似成线性,与小包壳和小芯块相比,大包壳和大芯块状态下的芯块中心温度略高。

多跨连续梁自由振动分析的边界元法

核动力装置中的燃料元件棒和换热器传热管,常按多跨连续梁模型进行动力分析。本文用直接边界元法来分析这类多跨连续梁的特征值问题,推导出有轴向力作用和弹性支承条件的求解公式,并对压水堆燃料元件棒的固有频率和振型作了计算,得到较为满意的结果,可以看出,边界元法便于处理杆系结构问题,即使杆系的复杂度增加,而解题基本方法的复杂度并不增加。

柴油/乙醇双燃料发动机连杆受力有限元分析

通过构建柴油/乙醇双燃料发动机连杆的受力模型,得到了连杆合力表达式及计算方法。通过以某款柴油发动机改装的柴油/乙醇双燃料发动机为研究对象,利用ANSYS软件根据所构建的力学模型对其进行有限元分析,得到了柴油/乙醇双燃料发动机在工作过程中连杆的受力变形情况,研究所得结论将为分析柴油/乙醇双燃料发动机连杆失效提供有价值的参考依据。

6210天然气/柴油双燃料发动机连杆有限元分析

将有限元法应用到淄博柴油机总公司的6210双燃料发动机连杆小头的强度校核之中,采用Pro/E软件对连杆进行了三维实体造型,并利用ANSYS软件对连杆模型进行了有限元分析,得到了连杆在最大拉伸、最大压缩两种工况下的应力、应变分布,确定了连杆小头的最大应力部位和疲劳安全系数,验证了连杆小头的可靠性。

燃料棒夹爪抗冲击性能仿真与设计优化

在反应堆燃料组件检修过程中,燃料棒夹爪是直接接触高放射性燃料棒的关键部件,针对燃料棒夹爪抗冲击性优化,提出了一种基于主结构的有限元优化分析方法,通过控制变量法分析夹爪在不同的爪瓣长度、爪瓣间隙和爪瓣瓣数下夹爪的冲击应力,比较不同特征结构对夹爪抗冲击性的影响,最终得到优化后的燃料棒夹爪结构的爪瓣长度为33mm,爪瓣瓣数为10瓣。本研究方法具有一定的先进性,为实际工程实验提供了有力的指导性意义。

低锡Zr-4包壳管电子束焊接时发生的合金元素蒸发现象

采用电子探针的波谱分析方法，对国产低锡Ｚｒ４包壳管的环焊缝试样进行表面成份分析。分析结果表明，从焊缝的外边缘到内边缘，Ｓｎ、Ｃｒ、Ｆｅ元素的化学成份在统计上呈增大趋势，腐蚀后出现了白色产物的试样表层，其Ｓｎ、Ｃｒ、Ｆｅ元素含量相当程度地降低。这一事实表明，国产低锡Ｚｒ４包壳管采用电子束焊接时，在一定的焊接规范下环焊缝的合金元素存在严重蒸发现象，特别是合金中锡元素的蒸发使其锡元素含量低于０．５％，导致了腐蚀性能的下降。

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

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。

燃料棒多物理数值模型研究与程序开发

提出"数值燃料棒"概念,研究燃料棒多物理数值模拟技术,开发出相应的模型及程序。编制了基于有限元方法的热传导、力学计算模块和基于特征线方法(MOC方法)的中子输运计算模块,并进行验证。计算结果表明:相关计算模块的开发是有效的,可为进一步耦合求解燃料棒热传导问题、力学问题和中子输运问题,模拟燃料棒在反应堆内极端环境下的各种行为奠定基础。