双弹性管流固耦合振动的数值模拟

为研究反应堆结构中诸如燃料棒、蒸汽发生器和其他换热器等管束类结构的流固耦合振动问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,建立了三维流体诱发弹性管束振动的数值模型,实现了计算结构动力学与计算流体力学之间的双向耦合。得到横流作用下单管的振动响应,并与已有的实验数据比较,证明了本文模型的合理性;对横流作用下的两串列管、两并列管的流固耦合振动进行了数值模拟,着重研究了节径比为1.2、1.6、2、3、4的两弹性管在不同流速作用下的动力学响应及流场特性;得到串列管、并列管的临界间距与临界流速。     

小破口失水事故非能动系统瞬态特性研究

为了解先进压水堆小破口失水事故下非能动安全壳冷却系统、非能动堆芯冷却系统、非能动余热排出系统的瞬态响应特性，需开展小破口失水事故下反应堆冷却剂系统和安全壳的耦合响应特性研究。分析结果表明，小破口失水事故下，耦合分析中非能动余热排出系统、非能动堆芯冷却系统、自动卸压系统和非能动安全壳冷却系统的特性与独立计算有较大差异，小破口失水事故下耦合分析得到的安全壳压力峰值小于独立计算。      

液态重金属冷却剂晃动响应特性研究

铅基堆采用液态重金属冷却剂并具有池式布局的特点,与传统压水堆中冷却剂密度低、回路式布局相比,地震载荷作用下重金属冷却剂晃动对反应堆容器和堆内结构产生的冲击和振动模式显著不同。本文基于双向流固耦合的有限元方法,开展液态重金属反应堆的载液堆本体的地震响应分析,研究冷却剂类型、支撑形式和高径比等因素对堆容器内冷却剂晃动效应的影响。计算结果表明:液态重金属相对轻质冷却剂,其地震响应非等比增加,流体动力粘度对大尺寸反应堆的流固耦合作用不显著;不同支撑方式在支撑处有应力集中,整体表现为梁式振型对支撑方式不敏感;不同充液比激发的振动模态类似,充液比越小,最大应力强度点越往底封头集中。这些结果可为液态重金属反应堆的结构安全设计提供参数化依据。     

基于CFD和结构有限元双向耦合方法的载流管路流致振动特性研究

基于计算流体力学(CFD)和结构有限元双向耦合方法建立了典型载流管路双向耦合数值分析模型,获得了管路流致振动基本特性,并分析了流速、管路吊架刚度及位置等因素对其流致振动特性的影响。结果表明,流体载荷可激发出管路低频振动特性,且低频线谱明显;载流管路流致振动特性与管内流速、管路吊架刚度及位置分布等因素相关;管内流体流速与管路流致振动总体响应水平成正相关关系;吊架刚度及位置对结构振动频谱分布特性的影响显著,可通过优化管路吊架参数避开设备、阀门等振源的共振频率。     

核电厂应急补水箱(ASG)地震响应对比分析

随着计算机性能的提升和数值计算方法的发展,流固耦合相互作用分析方法越来越多的用于工程中大型储液容器的抗震分析工作。但在实际应用中发现,流固耦合方法和集中质量-弹簧模型方法进行抗震分析得到的流体晃动振型、振型有效质量和容器壁面应力分布等数据存在明显差异。本文,针对核电厂储液容器的地震响应问题,详细比较了两种方法计算结果的差异,分析了流体晃动振型、振型有效质量和容器壁面应力分布存在差异的原因。     

核电反应堆在地震和失水事故下的结构动力响应分析

以核电厂反应堆在地震和失水事故下的结构动力响应分析为工程背景,对反应堆结构的动力响应分析开展了研究。分析研究形成了-套可用于新核电站反应堆结构设计的完整设计分析系统,介绍了该方法所使用的分析模型,明确了动力学分析模型中考虑的重要因素。克服了结构复杂性、载荷多样性,结构非线性、材料非线性、接触非线性和流固耦合等多重非线性因素,更加精确的模拟了反应堆结构,提高了计算精度。该方法对我国自主开展反应堆事故工况下的设计和安全分析具有良好的推广和应用前景。     

核反应堆贮液容器的抗震分析

贮液容器的抗震计算一直是核设备抗震分析中的一个难点，这主要是由于容器内的液体在地震动的作用下会产生很大的动液压力，这种动液压力可能成为容器应力的主要来源。对于这类结构－液体耦合振动问题，以往人们是通过理论分析得到一些简化计算的结果，但不能满足设计上的需要；近年来发展成熟的有限元技术对于结构应力计算十分有效，但对于流固耦合问题，目前尚未成熟。本文介绍了一种针对结构－液体耦合振动问题的实用算法，它是将动液压力的理论分析与结构的有限元数值计算结合起来，为贮液容器的抗震计算提供了一条新的思路。     

中国实验快堆全厂断电事故多维度热工耦合计算

多维度耦合方法是将传统的一维反应堆热工流体力学程序与三维流体动力学分析软件通过一定的耦合方法结合起来，实现反应堆局部复杂流体现象分析与系统计算的耦合方法。本工作根据中国实验快堆设计和运行经验，开发了基于Rubin和Fluent的耦合程序框架，完成了中国实验快堆全厂断电工况的计算和验证。计算结果表明，耦合方法对全场断电事故的计算结果合理可靠，是对一维系统程序分析方法的有益补充。     

核电厂稳压器波动管内热分层效应分析

利用CFD方法对核电厂稳压器波动管以及与之相连接主管道内反应堆冷却剂进行流固耦合共轭流动传热计算,获得在升温瞬态条件下稳压器波动管内冷却剂的温度场分布,证实在水平段内可产生明显的热分层结构。在此基础上,利用有限元分析软件,结合波动管的结构特征,建立稳压器波动管的热分层应力计算模型,并对稳压器波动管的应力水平进行计算分析,给出稳压器波动管中的应力场分布特性。     

基于两种模型下的储水罐应力计算

分别采用弹簧质量模型和流固耦合模型2种方式对大型储水罐进行相互验证计算。弹簧质量模型基于HOUSNER理论,计算出脉冲液体质量M0、脉冲液体重心高度H0、对流液体质量M1、对流液体重心高度H1以及弹簧模拟对流液体晃动频率的等效刚度k1,并以此作为有限元模型的输入参数;流固耦合模型采用ANSYS的流体单元fluid80模拟液体,壳单元shell181模拟储水罐,考虑液体及结构阻尼,计算结构在地震时程下的响应。