凸台约束对快堆组件流致振动特性影响的实验研究

流致振动引起的组件相互碰撞以及流体持续冲刷导致的结构疲劳损伤,会威胁堆芯安全,有必要对快堆组件开展流致振动行为的研究和评价。采用有无固定凸台约束两种方式都会给组件的振动特性带来一定的不确定度。为研究凸台约束对快堆组件流致振动特性的影响,定量评价有无固定凸台约束对组件振动特性带来的不确定度,本文采用实验方法研究了组件上端自由和有0.3 mm间隙的固定凸台约束两种条件下组件的流致振动特性。实验结果表明,组件在有无固定凸台约束条件下最大振幅均方根(RMS)间的相对偏差为6.1%,对于最靠近凸台处测点的幅值,有无凸台约束的最大振幅RMS间的相对偏差为17.4%。本文实验结果对该种复杂支撑条件下组件流致振动行为的分析与评价具有一定的参考价值。

基于网格变形法铅铋快堆组件堵流事故模拟

铅铋快堆中,燃料包壳或堆内结构材料会受铅铋合金腐蚀而脱落,堵塞冷却剂通道,引起局部传热恶化,最终导致包壳失效,因此需要分析堵流条件下组件内流动换热特性。绕丝组件结构复杂,非结构化网格划分方法网格量大,对计算资源要求较高。为减少网格量,采用基于径向基函数(RBF)的网格变形法对光棒组件网格进行变形,得到带绕丝组件全六面体网格并开展数值计算。与实验数据相比,全六面体网格计算结果与实验值符合良好,其网格量远少于非结构化网格,能够实现带绕丝组件堵流事故快速计算。开展典型61棒带绕丝组件堵流计算,结果显示柱状堵流流场恢复更快而局部温升更高;板状堵流流场需要更长距离恢复但局部温升小。

快堆燃料组件内精细功率分布的计算

堆芯热通道因子是堆芯热工设计及安全分析的一项重要参数,确定热通道因子需用中子学计算给出较准确的燃料组件内元件棒功率分布。在三维六角形几何节块扩散理论基础上,使用多项式重构的方法计算节块内中子通量密度分布和功率密度分布。针对快堆六角形燃料组件的特点,用小六角形积分的方法计算组件内元件棒功率,得到组件内各元件棒功率分布。在NAS程序基础上,编制了元件棒功率分布计算模块NAS-PIN。通过与蒙特卡罗程序的校验可发现,二者计算结果符合较好,计算精度可满足工程设计的需要。

快堆燃料组件少孔式管脚替代方案水力实验研究

工程中广泛应用的多孔式管脚在流动特性调节、加工精度方面存在一定缺陷。本文提出了少孔式管脚替代方案,通过水力实验,对比研究了多孔式与少孔式两类管脚的阻力系数分布、流量与压降对应关系等流动特性。结果显示:φ12.0 mm的少孔式管脚与φ6.2 mm的多孔式管脚具有几乎相同的流动特性,均满足设计需求,本文提出的少孔式管脚替代方案可行;少孔式管脚具有更高的流动特性调节效率。本文给出了管脚阻力系数与其结构尺寸间的经验关系式,可供相关实验或工程参考。

几何结构对快堆控制棒组件管脚流动特性的影响

控制棒组件是快堆的重要安全构件,其管脚几何结构对于流动特性具有显著影响。通过水力实验研究了板式节流件管脚的流动特性,并对流体-结构耦合数值模拟方法进行了验证。结果显示:减小节流板厚度、增加连杆直径均可提高管脚节流能力;无量纲厚径比Ha=0.5、连杆直径20 mm的板式节流件管脚具有最优的流动特性。针对板式节流件管脚在实验中存在的缺陷,提出了孔板节流件作为替代方案,经验证,两类管脚速度、压力分布基本一致,该替代方案可行。

快堆燃料组件管脚开孔孔径选型水力实验研究

管脚位于快堆燃料组件入口处,其结构尺寸直接决定了进入燃料组件内部的冷却剂流量,对于燃料组件压力损失、流速分布等流体力学行为均有重要影响。目前关于燃料组件的相关研究多集中于棒束区热工流体力学特性,管脚段研究较为缺乏,且尚无明确的选型标准,故在工程实践之前,有必要进一步研究快堆燃料组件管脚的流体力学特性,完善选型标准,为结构设计提供参考。本文通过水力实验,研究了不同开孔孔径的燃料组件管脚对应阻力系数分布、流量与压降对应关系等流体力学性能。结果显示,管脚开孔孔径直接决定了冷却剂钠的质量流量与压降对应关系,可以通过改变管脚开孔孔径调节进入不同分区的燃料组件入口流量,使之具有大致相等的压降;本文引入了管脚收缩系数这一无量纲数,提出与管脚结构参数有关的阻力系数经验关系式,用于快堆燃料组件管脚阻力系数及压降的一般估算;基于设计要求的压降与开孔流速限值,本文给出了快堆燃料组件管脚开孔孔径选型推荐方案,供相关实验或工程参考。

γ能谱法在快堆新燃料^(235)U富集度核实测量中的应用

采用无损分析方法中最常用的γ能谱法及专用分析软件PC/FRAM核实了中国原子能科学研究院实验快堆新燃料中235U富集度的标称值。从实验角度出发,首先对系统进行了标样测量验证,在新燃料库房任取8根新燃料单棒,分段取点测量,计算得8根单棒的235U富集度与标称值偏差绝大部分在3%以内。以上结果提示,γ能谱法用于快堆新燃料235U富集度测量的方法可取,在核燃料设施加工与核电站进行新燃料组件交接方面可以推广应用。

液力悬浮式控制棒落棒动力学特性研究

钠冷快堆中非能动停堆的控制棒下落规律和下落时间是控制棒设计的重要参数,是典型的水动力学问题。为解释钠冷快堆控制棒组件在落棒试验中的摆动和撞击现象,采用仿真软件动网格方法模拟研究了控制棒的下落过程,分析了影响控制棒下落规律的影响因素,提出了缓冲控制棒下落速度的方法,试验件落棒时间试验结果与数值模拟结果之间的误差为2.44%。主要结论:模拟发现控制下落过程出现晃动与偏心现象,降低控制棒重心可减缓晃动幅度;控制棒初始偏心及下落偏心对总体下落时间影响较小;缓冲杯底部小孔不影响缓冲效果,缓冲杯表面采用锯齿形沟槽结构可有效提高缓冲效果,锯齿形沟槽缓冲效果比矩形槽提高了47.2%。

复杂轴向内流诱发的柱体结构流致振动特性实验研究

本文以中国实验快堆辐照容器组件为实验研究对象,研究了复杂轴向内流诱发的柱体结构的流致振动特性。实验采用了与真实组件1∶1几何相似的模型,研究包括额定流量(14 m 3/h)在内共8种流量运行工况下的组件振动情况,用以揭示不同流量下的组件流致振动特性;并且本文还开展了边界条件与流致振动实验基本一致的模态实验,从而对流致振动频谱进行更准确的分析。实验采集组件在不同流量的流体冲刷下的振动响应及动态应变响应,经过信号处理之后得到组件振动的位移谱、振幅均方值以及应变峰值。从位移谱上得到组件的振动位移频谱有两个贡献较大的峰,该峰分别对应流体激振力频率与组件一阶固有频率,实验结果表明流体激振频率随流量增大而增大,组件位移随流量增大而波动性增加。