基于多岛遗传算法的刚凸结构优化

作为核燃料重要组件之一,条带刚凸结构对核燃料组件中燃料棒的定位夹持起着重要作用,而刚凸形状结构的变化影响其刚度值,从而影响燃料棒的夹持稳定性能,因此,保证合理的刚凸结构对提高燃料棒的定位夹持以及运输过程的稳定性具有重要的意义。条带刚凸是冲压件,而其形状结构参数对刚凸的刚度有着重要的影响。分析了刚凸形状结构参数对其刚度的影响,为增强其刚度,结合响应面法和多岛遗传算法对条带刚凸的结构形状尺寸参数进行了优化。优化结果表明,优化后的刚凸结构在相同工况下的最大变形量减小了0. 0123 mm,其刚凸刚度值提高了约42%。

交混翼定位格架关键部件—交混翼角度/刚凸形状数值模拟研究

定位格架作为强化燃料组件热工水力性能最重要的结构,其对提高反应堆经济性和安全性至关重要,因此对其研究一直是实验和数值模拟的热点。交混翼和刚凸作为格架中的两个关键部件对格架的热工水力性能和机械性能都有着很大的影响。本文从基础研究的角度出发,通过与实验数据对比来验证CFD程序在绝热工况下压降的计算结果,然后将验证过的CFD模型运用到交混翼角度和刚凸形状对流场影响的分析中,并用程序CFX和程序STAR-CD做计算结果对比。

过冷沸腾工况下不同刚凸结构对定位格架热工水力性能影响的数值模拟分析

刚凸作为格架的重要组成部件之一,对于燃料棒的支撑和格架内部的流动均至关重要。采用CFX软件,对3种不同刚凸结构的5×5格架在过冷沸腾工况下两相流动与换热情况展开分析研究。在简单几何通道中对比计算得到的平均空泡份额与实验数据的结果,对采用的两相CFD模型进行验证。将验证过后的模型运用到之后的棒束两相分析中,在合理的CFD两相模型与充分发展的计算域选取的基础上,从压降、速度和空泡份额分布3个角度,定性评价刚凸结构对格架热工水力性能的影响。

格架松弛对燃料棒湍流激励及微振磨损的影响研究

假设所有支承有效,基于燃料棒模态分析的结果,根据压水堆燃料棒的流场分布特征,采用功率谱密度表征湍流激励,结合相关功率谱密度试验参数,求解了各阶模态的振动位移均方值,基于ARCHARD磨损公式计算了燃料棒刚凸位置的磨损深度。由于制造工艺、运输、辐照的影响,格架对燃料棒的夹持作用可能松弛。依次假设格架单个刚凸及弹簧松弛,研究了松弛对燃料棒模态、流致振动以及磨损的影响。结果表明:格架弹簧的松弛对固有频率的影响可忽略;原振幅较大的位置附近刚凸松弛对固有频率影响明显;堆芯入口及出口的横向流速较大,燃料棒底部和顶部的湍流激励振幅较大,这些位置的刚凸支承松弛使湍流激励振幅明显增大,中间位置的刚凸支承松弛对振幅影响较小;刚凸支承松弛对磨损深度的影响与对湍流激励最大振幅的影响趋势基本一致。磨损除了与湍流激励振幅相关,还与固有频率相关,顶部振型和频率乘积的影响大于底部格架位置,顶部格架刚凸松弛对磨损影响最大。

新型定位格架夹持结构的力学特性研究

定位格架夹持结构是保证燃料棒横向与轴向定位的关键。为进一步提高燃料组件中子经济性、简化定位格架生产流程,本文设计了一种可直接从格架条带上冲制而成的拱形且带小刚性凸起的弹簧结构,与刚凸组成新型定位格架夹持系统。针对设计的夹持结构,进行了单条带弹簧、单条带刚凸及格架栅元夹持结构的力学性能试验,获得了弹簧、刚凸、栅元内夹持结构的进程形变量-载荷曲线和回程形变量-载荷曲线,并分析了各结构在100%与120%名义形变量下的载荷、永久形变量等力学性能数据。结果表明:新型全锆夹持结构在名义形变量附近具有较好的力学稳定性;格架栅元夹持结构与单条带弹簧试验所得力学性能相近,表明单条带试验具有较高的代表性和可靠性。

定位格架 G 因子自动测量机

本文介绍了用于核电厂核燃料组件的定位格架Ｇ因子自动测量机的测量原理、结构特点、误差分析及检定结果。

AP1000燃料组件锆屑产生原因及处理措施探讨

根据AP1000燃料组件结构特点,分析认为燃料组件中锆屑(锆细丝及锆屑积瘤)产生的原因是燃料棒在拉棒过程中,燃料棒与格架中的格架弹簧、刚凸相互挤压刮擦燃料棒产生的。锆细丝或锆屑积瘤如果在燃料组件入堆前无法清除干净,这些锆细丝或锆屑积瘤存留在燃料组件上,燃料组件在堆内运行过程中,由于冷却剂的高速横流使燃料棒过分振动可能造成锆屑磨蚀燃料棒,导致燃料棒破损。针对燃料棒拉棒产生的锆屑,调研了国内外减少拉棒过程中锆屑的产生和处理措施,提出了解决方案建议。

锆合金条带冲压成形的多目标工艺优化

为了降低锆合金条带冲压时的减薄开裂风险,针对条带级进冲压时其特征成形具有相同的冲压速度、压边力与摩擦因数的特点,建立条带的简化有限元模型,并通过物理试验对有限元模拟的准确性进行验证。利用支持向量机分别建立条带弹簧与刚凸特征的减薄率预测模型,针对条带整体成形减薄这一多目标问题,基于非支配排序遗传算法和熵权-TOPSIS法,求得3种润滑条件下的Pareto前沿解和对应工艺参数的综合排序。结果表明:条带的刚凸特征相较于弹簧特征的减薄率对工艺参数的变化更敏感;不同润滑条件时条带的最优冲压工艺差异明显;常用无润滑条件下,冲压速度为134.41 mm·s^(-1)、压边力为7862 N时,条带级进冲压具有最小的减薄开裂风险。

定位格架压降关系式及CFD数值模拟研究

现有格架压降经验关系式中缺少对格架本身结构的描述,导致压降估计不准确。为准确估计格架的压力损失,利用商用计算流体动力学(CFD)软件,从基础研究的角度出发,分别探索刚凸位置、搅混翼排列的边距以及子通道间的互相搅混等对压降及下游流场的影响。在拟合格架压降经验关系式时,需要加入更多的描述格架自身结构的几何参数。在格架设计中要根据不同的格架设计目标和设计功能,针对性地优化刚凸位置、搅混翼排列及子通道的之间的互相搅混。