燃料组件结构参数对于控制棒组件落棒缓冲效果的敏感性分析

压水堆控制棒落棒水力缓冲过程主要依靠导向管下部缓冲段结构实现。燃料组件缓冲段结构参数的选取对于落棒缓冲效果影响较大。基于水力学基本公式构建的落棒缓冲理论模型,运用数值计算的方法研究缓冲段结构参数,如导向管与控制棒环形间隙、轴肩螺钉流水孔径与长度等对落棒水力缓冲效果的影响情况。总结出落棒缓冲影响规律,可作为燃料组件导向管结构设计的参考。     

基于动网格技术的超临界水冷堆控制棒落棒及缓冲分析

基于流体动力学(CFD)的动网格技术,对超临界水冷堆(SCWR)控制棒落棒行为进行动力学仿真分析,通过计算获得了控制棒落棒的特性参数及特性曲线。结果表明,控制棒落棒时间能满足反应堆安全分析的要求,但过大的落棒冲击会导致控制棒驱动线结构产生损坏。基于此结果,进一步对控制棒驱动线结构进行了优化设计研究,增设了水力缓冲结构,从而有效降低了控制棒落棒末速度。     

CENTER高通量工程试验堆控制棒驱动线缓冲选型分析

CENTER高通量工程试验堆功率调节及启停操作较为频繁,控制棒驱动线设计时需重点考虑停堆控制棒落棒缓冲效果以保证寿期内使用的可靠性。对6种缓冲结构进行缓冲试验,根据落棒冲击力及落棒时间等关键因素对比选型,确定最合适的缓冲结构。选定结构下的控制棒驱动线落棒时间合适,落棒冲击力不大,适合用于CENTER高通量工程试验堆。     

CF系列燃料组件落棒性能综合评价

核电压水堆燃料组件中导向管主要功能是为控制棒组件的快速下插提供通道,并且依靠导向管下部缓冲段结构减缓控制棒下落速度,减小冲击力,保证燃料组件结构完整。首先运用落棒时程分析程序(CIGAL)计算得到CF系列燃料组件落棒时间,再利用落棒缓冲分析程序(SAM)计算CF系列燃料组件中缓冲过程冲击力。结果表明:CF3相对于CF2,随着导向管内径减小以及轴肩螺钉孔长度增加,落棒时间变长;落棒过程中缓冲段内压强最大值增大;控制棒组件对燃料组件上管座冲击力最大值减小;控制棒组件撞击之前控制棒在缓冲段内运动时间变长。     

超临界压水堆改进型控制棒组件落棒过程计算分析研究

为验证超临界压水堆改进型控制棒组件能否实现预期水力缓冲功能,采用计算流体力学分析软件Fluent、基于6自由度（6DOF）模型的铺层法动网格技术,对其落棒过程进行研究,分析了控制棒组件落棒时间和落棒末速度。结果表明:相比改进前的设计,改进型控制棒组件落棒时间虽有所增大,但仍然能满足安全要求;落棒末速度大幅下降,落棒冲击力降低,从而能够保证控制棒组件及燃料组件的结构完整性。改进型控制棒组件的设计能够实现预期的水力缓冲功能,可用于超临界压水堆堆芯设计。      

水力缓冲器缓冲特性研究

控制棒水压驱动机构是一种新型的内置式控制棒驱动机构,水力缓冲器是控制棒水压驱动机构的关键部件之一,在快速落棒过程中对控制棒进行水力缓冲,避免控制棒十字翼发生变形和损坏。依据水力缓冲器的工作过程原理建立了缓冲过程理论模型,并通过实验验证了理论模型的正确性。根据水力缓冲器缓冲过程理论模型,计算得到缓冲过程中缓冲缸内压力、柱塞位移、速度、缓冲力等关键性能参数的动态变化过程,同时对缓冲特性影响参数进行研究,为水力缓冲器的设计和优化提供了理论依据。     

落棒过程中的流体-结构横向耦合作用分析

控制棒组件在事故工况下的落棒时间是保证核电站安全运行的重要参数之一。控制棒组件下落过程中弹性结构会与流体发生耦合作用并引起结构的横向振动,较大的横向振动位移会导致控制棒组件与导向管之间发生相互碰撞并影响落棒过程的计算。为了研究落棒过程中的流致振动及摩擦作用,本文将对落棒过程中的流体-结构横向耦合作用进行分析。首先将控制棒与导向管视为弹性体建立了流体-结构横向耦合振动方程,然后将流体力按性质分别进行计算,并考虑了不同导向管间的相互影响。结果表明落棒过程中的摩擦力并不为零,而且地震工况下的摩擦力较大。本文对落棒过程中的流体-结构耦合作用的分析是合理的,可为现有落棒分析模型起到进一步完善作用。     

压水堆驱动线落棒历程计算

控制棒落棒性能验证是核电厂安全分析的重要部分,研制驱动线落棒历程计算程序有利于验证和改进控制棒驱动线设计。基于驱动线结构特点,分析运动组件的受力情况并进行分解,选择理论或数值方法逐一求取各分力的瞬态值,从而建立驱动线落棒历程的循环步进计算程序。利用秦山核电二期工程驱动线落棒性能试验数据对理论模型和程序计算结果进行对比验证。结果证明：所建立的驱动线落棒历程计算程序适用于压水堆驱动线系统,能正确地对运动组件落棒受力与运动历程进行模拟。     

控制棒水压驱动系统落棒减速部件三维流场分析

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆研制的新型内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,在保证落棒时间的前提下,通过其对落棒过程进行减速,降低控制棒快速落棒过程的冲击力,避免控制棒十字翼的变形和损坏。本文分析了控制棒水压驱动系统落棒减速机理,利用CFD软件FLUENT对驱动系统水力减速箱流道进行了三维流场数值分析,并分析了对应不同落棒位置水力减速箱流道在不同边界条件下的流场分布特性。在流场分析结果的基础上计算得到了水力减速箱侧壁孔流道和底部缓冲腔流道流量系数随落棒位移的变化,将该结果与驱动系统落棒减速理论模型联立,获得了控制棒落棒位移曲线,理论计算结果同冷态落棒性能实验结果符合得很好,从而验证了流场分析结果的正确性,在此基础上分析了落棒过程减速箱内外差压和落棒速度与水力减速箱流量系数的关系,为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的设计和优化提供了指导。     

核反应堆控制棒倾斜落棒时程模拟

事故情况下控制棒组件会在自身重力作用下下落,下落时间是衡量核电站安全运行的重要参数之一。通过建立落棒物理模型,分析落棒的物理过程以及控制棒下落过程中的各阶段的受力情况,得到了落棒控制方程。采用VS2010软件对控制方程数值求解,完成了控制棒组件竖直及倾斜下落过程的时程的分析,对比了倾斜落棒角度对落棒时程的影响,得出最大倾斜落棒角度,为反应堆控制棒组件的设计提供依据。     

高温气冷堆控制棒缓冲器的分析与试验验证

高温气冷堆控制棒缓冲器是缓解极端事故工况下驱动线断裂产生控制棒跌落冲击的塑性变形吸能设备。利用经典圆柱壳轴压吸能模型设计出一种满足实际工况的薄壁壳结构,采用J-C本构模型,利用ABAQUS/explicit对该薄壁壳结构及控制棒建立有限元模型来模拟碰撞过程。基于分析结果,设计并进行了控制棒跌落试验。试验结果表明,全尺寸缓冲器受等重试验棒冲击后发生稳定渐进屈曲,有效缓冲了控制棒跌落冲击,其底部石墨结构未发生破坏,同时分析结果表明试验模型能包络代表实际反应堆中的跌落情况。     

Methodology for a numerical simulation of an insertion or a drop of the rod cluster control assembly in a PWR

In a pressurised water reactor, the rod cluster control assembly is a system which controls the neutronic activity of the core. It consists of long rods, connected by a spider fixture and a cylindrical system for the control drive mechanism. At its withdrawn position, the activity of the core is maximum, and at its completely inserted position, the activity of the core vanishes. In case of emergency, an effective way to shutdown the reactor is to let it drop under its own weight. An other way to verify the efficiency of the rod cluster control assembly is the insertion test. It consists in inserting the rod into its guides and in checking if the reaction friction force is not high enough to block the movement of the rod cluster control assembly.We present in this paper a methodology for a numerical simulation of an insertion or a drop of the rod cluster control assembly into its guides (discontinuous and continuous guides, guide thimble). A numerical model is elaborated in which many loads are taken into account: fluid load, gravity and friction force between the rod and the guide. The numerical results are compared to experimental measurements obtained from a full-scale structure. A good agreement between the calculated and the measured data is observed.The numerical model takes into account the possible deflection of the guide. It shows clearly that the friction force cannot be neglected when the guide is bowed. So one can locate a faulty guiding system by examining the reaction force during the insertion test. Then, the numerical model can help the decider to make his choice among different rod cluster/fuel assembly components.     

HTR-PM控制棒组件机械可靠性分析

运用机械可靠性理论,利用力学仿真分析高温气冷堆示范工程——球床模块式高温气冷堆核电站（HTR-PM）控制棒组件的受力情况和薄弱区,识别出其薄弱区位于控制棒组件连接头位置;基于概率断裂力学的可靠度-寿命计算方法,结合辐照对疲劳寿命模型的影响,并考虑所受应力情况,建立可靠度-寿命模型,计算HTR-PM控制棒组件在辐照减弱系数为0.7时的可靠度-寿命。计算结果表明,可靠度水平为0.99时,HTR-PM控制棒组件寿命约为15万次动作循环,辐照对控制棒组件寿命影响较大。本研究可为HTR-PM控制棒组件设备可靠性管理提供参考。      

数值堆热工流体程序CVR-PACA验证及典型应用

谱元方法是一种高精度的数值计算方法,采用该方法开发了数值堆高精度热工水力并行CFD计算程序CVR-PACA。应用CVR-PACA对单棒光棒通道湍流流场、3×3光棒棒束湍流流场、Matis-H压水堆棒束通道基准题、19棒带绕丝组件通道湍流流场进行了仿真计算。通过与实验测量值对比,研究定量验证了大涡模拟(LES)模型及非稳态雷诺时均(URANS)模型对各类棒束通道流场预测的准确性。算例在建模过程中采用网格分裂技术实现了复杂几何的纯六面体网格划分,用于支撑谱元方法计算。研究较为全面地积累了高精度谱元方法模拟流场流动及换热的建模经验,获取了各类棒束通道内丰富的流动和换热细节,获得的建模经验能更加精准有力地指导相关设计的优化改进。     

Analysis of the axial fitting clearance between the fuel rod and the end seat in CIADS

The fuel assembly is key structure in China Initiative Accelerator Driven System, and the axial fitting clearance (AFC) for the fuel assembly design is an essen-tial subject of study. In this paper, different methods are used to calculate critical stress in cylindrical shells. Because the thermal expansion of fuel assembly outer tube is larger than that of the cladding of fuel rod, enough space should be reserved between the upper end plug and upper seat slot. The collapse critical compressive stress of the cladding is obtained numerically through ANSYS simula-tion calculation. The AFC range between the fuel rod cladding and the end seat due to the displacement of thermal expansion is given by the theoretical formulas and ANSYS buckling analysis. These provide a reference for the AFC design of the reactor fuel assembly.     

快堆控制棒组件非均匀效应修正方法研究

控制棒组件是快堆控制系统和安全保护系统的重要组成部分,快堆控制棒价值的准确求解至关重要。基于PASC?5程序的快堆少群均匀化群常数计算中使用直接体积均匀化方式,这会导致控制棒价值严重高估,必须对控制棒组件的非均匀效应进行修正。基于群常数修正的思路,本论研究了体积?通量权重、反应率之比守恒和反应性守恒3种方法在快堆控制棒组件非均匀效应修正中的应用;基于二维特征线程序开发了群常数修正因子计算程序FRHP。通过中国实验快堆算例进行测试验证,修正后的控制棒价值计算结果与MCNP计算的参考结果符合较好,表明3种方法均能对控制棒组件的非均匀效应实现有效修正,其中反应性守恒方法修正效果最好。     

基于PAnySimu的PWR核电站堆芯建模与仿真研究

基于PAnySimu仿真支撑系统对PWR核电站一回路堆芯部分进行建模与仿真分析.通过研究分析岭澳二期3/4号机组堆芯实际结构,将其分为功率计算、堆芯传递计算、控制棒引起的反应性、反应性反馈、毒物计算五个模型.在此基础上,分析堆芯中子通量,考虑控制棒位置、燃料和慢化剂温度、氙和钐中毒、硼浓度等因素对中子通量的影响.利用P...     

多因素耦合作用下缓冲材料对铀的长期阻滞效应数值模拟北大核心CSCD

近场环境条件下核素在缓冲材料中的迁移扩散受控于温度场、渗流场、膨胀应力场和化学吸附场的耦合作用,其对核素的阻滞特性将影响到核素随地下水向处置库围岩迁移并返回生物圈的能力,开展多因素耦合作用下缓冲材料对铀的长期阻滞效应研究,对地质处置库的长期安全性评价具有重要的意义。本研究基于混合物理论、连续介质理论、质量守恒、动量守恒、能量守恒及溶质扩散的Fick定律,推导出饱和缓冲材料中核素迁移扩散的热-水-力-化耦合控制方程,并借助于COMSOL Multiphysics软件的直接全耦合求解优势,以自主研制的缓冲材料长期阻滞性能Mock-up实验装置为几何模型,采用内置接口和添加热-水-力-化耦合控制方程中的耦合项作为源项相结合方式,实现了多物理场耦合作用下铀在饱和缓冲材料中迁移扩散行为的直接耦合分析,其长期阻滞特性数值模拟结果表明:初期阶段铀在缓冲材料中迁移扩散较缓慢,迁移距离随时间增幅在1 m左右;中后期阶段,随缓冲材料对铀的吸附容量逐渐趋于饱和后,其迁移距离较初期阶段增加更为明显,迁移距离随时间增幅为3 m左右。多因素耦合下核素在饱和缓冲材料中迁移扩散的热-水-力-化耦合控制方程构建、求解及长期阻滞性能模拟研究的方法,能够为我国高放废物深地质处置库地下实验室开展1∶1工程尺度的工程屏障设计与安全性能评价提供技术参考。     

强非均匀Pin-by-pin历史效应处理技术研究

参数化过程是保障Pin-by-pin计算精度的重要环节,而传统组件主干-分支计算结合堆芯宏观燃耗计算的策略会导致参数化过程中出现历史效应。特别是对于以控制棒移动为代表的强非均匀Pin-by-pin问题,由于栅元之间的干涉,历史效应的影响更恶劣,微观燃耗修正技术与复合修正技术无法有效处理,有必要开发适用的历史效应处理技术。本文针对Pin-by-pin计算中的强非均匀运行历史,提出双向分支修正技术。双向分支修正技术在传统多主干计算时仅考虑名义主干向分支主干瞬时变化的基础上,针对控制棒移动等历史中栅元状态参数变化剧烈的特点,进一步考虑了分支主干向名义主干的瞬时变化。数值分析结果显示：对于由控制棒移动引入的强空间非均匀性历史,由单纯的微观燃耗修正技术和多主干复合修正技术得到的keff偏差均大于±1 000 pcm;相比之下,双向分支修正技术的采用,能将keff的偏差保持在±300 pcm以内。数值结果证明,双向分支修正技术能有效处理Pin-by-pin计算中控制棒的移动历史。