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。     

一种基于重叠网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法

本文提出了一种基于重叠网格的反应堆控制棒落棒行为分流域耦合仿真方法,该方法分别建立了控制棒单棒和驱动杆的二维轴对称重叠网格模型,保证控制棒和驱动杆的部件网格和背景网格能够根据落棒运动规律自适应地变化。两个流域在每个时间步长内交换流体阻力计算结果,并根据运动方程求解得到的速度来更新控制棒和驱动杆的运动状态,实现分流域耦合。本方法建模简单,通用性好,计算中考虑了驱动线流道形状的影响,且在计算时间和求解精度之间取得了良好的折中,此外,本方法在计算条件允许的情况下,还能较容易地扩展到三维模型。本文采用该方法对某反应堆控制棒驱动线的落棒行为进行了仿真,结果表明:计算结果可信。     

基于刚柔耦合的改进型控制棒组件变形通道落棒行为分析

燃料组件在堆芯内经历长期辐照后易产生弯曲形变,影响控制棒的安全落棒,因此亟需研究变形通道下控制棒落棒行为影响机制。通过数值模拟手段对导向管发生弯曲变形后的落棒行为规律进行分析研究,利用刚柔耦合方法分别计算直型、C型、S型导向管内的落棒行为,分析整个落棒行程、速度、加速度、沿程碰撞力随时间的变化情况,对比直型和2种不同变形通道对落棒行为的影响。研究结果表明,刚柔耦合方法可以较好地模拟变形通道下的落棒行为,C型落棒未发生卡滞,S型落棒卡滞于第2道弯折处。本研究将有助于为弯曲变形导致落棒卡涩问题的极限弯曲阈值提供判断依据,为工程设计提供参考。      

秦山核电二期工程反应堆控制棒落棒性能测试

控制棒落棒性能试验是秦山核电二期工程反应堆控制棒驱动线热态综合试验一个重要组成部分.采用VXI数据采集系统,测量落棒时间,通过对位置指示器初级及次级线圈的感应电势的测量,拟合出了棒位-时间曲线、速度-时间曲线及加速度-时间曲线.测量结果表明,包括落棒时间在内的各种性能参数均满足试验要求.     

AP1000控制棒驱动线落棒试验研究

采用1组全尺寸AP1000控制棒驱动线进行落棒试验,研究不同纵向流和横向流以及错位和变形对落棒时间的影响,并用高速摄像图像处理技术获得落棒行程速度曲线。试验结果表明,纵向流量是影响驱动线落棒时间的主要因素;在本试验范围内横向流以及部件的错位变形对AP1000控制棒驱动线落棒时间的影响都较为有限。     

水压驱动控制棒快速落棒冲击研究

控制棒水压驱动系统是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的一项新型驱动技术。在快速落棒过程中,控制棒通过水力缓冲器进行缓冲。进行了控制棒水力缓冲性能实验,得到快速落棒过程中控制棒的关键缓冲性能参数;在实验结果基础上,运用达朗贝尔原理,将控制棒在冲击过程中所受的最大惯性力作为等效静载荷作用到控制棒上,利用有限元软件ABAQUS计算控制棒在最恶劣情况下的变形和应力分布,将计算结果与实验结果比较,验证了用简化模型代替非线性瞬态动力学分析的可行性。同时得到了控制棒在快速落棒冲击过程中不发生破坏的判据,为控制棒和水力缓冲器的设计和优化奠定了基础。     

落棒试验对控制棒状态的监测与预警

介绍了大亚湾和岭澳核电站控制棒落棒试验数据处理方法及其改进.近几次大修落棒数据的验证表明,改进后自动化程序的精确性和通用性均能够满足落棒试验的基本要求,程序扩充了落棒试验检查的项目,为控制棒状态的监测和预警提供了一种新的方法和手段.     

控制棒组件落棒时间与历程计算

控制棒落棒时间是保证核电站安全运行的重要参数之一。本文在已有研究成果的基础上对落棒的计算分析了进一步的研究，主要的方法是：采用直接约束法处理接触问题，用反力构造法确定碰撞力；用理论及数值分析完成流体阻力计算等。在此基础上，编制了控制棒落棒分析有限元程序CRFD，并针对秦山600MW反应堆控制棒驱动线给出了试算结果。     

控制棒水力驱动系统的落棒理论模型

介绍了控制棒水力驱动系统的实验回路和落棒原理 ,在合理简化、假设的基础上建立了该系统的落棒理论模型 ,并进行了准确的数学描述 ;通过对模型计算结果与实验结果进行比较分析 ,论证了该模型的合理可行性 ,为进一步的分析研究及改进工作建立了理论依据     

秦山600MW核反应堆控制棒热态落棒实验模拟分析

本文详细分析了控制棒下落运动的受力情况，并建立了相应的数学模型，结合秦山60MW控制棒热态落棒验数据。对模型中的有关系数进行了拟合。用拟合的系数进行热态落棒数值模拟．模拟结果与实验结果吻合很好，验证了数学模型的正确性。为控制棒下落的机理分析和数值求解控制棒落俸提供了理论依据和求解方法。     

海洋条件下控制棒驱动线落棒行为动力学仿真研究

反应堆控制棒驱动线是执行反应堆安全控制功能的重要部件,包含了控制棒驱动机构、控制棒组件及其导向系统,是堆内唯一具有相对运动的结构设备。在海洋条件下,受风力和海水流动的影响,浮动式核电厂驱动线的工作环境更加复杂。落棒时间是驱动线设计考核的重要指标,影响落棒时间的主要因素包括:重力、浮力、流体阻力、机械摩擦力等。本文采用理论建模联合软件仿真的研究思路,得到应用于海洋条件下控制棒驱动线仿真研究的方法。通过仿真结果与试验数据的对比,验证了所得方法的合理性。     

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。     

高温气冷堆控制棒驱动机构冷态落棒试验研究

高温气冷堆控制棒驱动机构是执行反应堆功率调节、紧急停堆的重要核安全设备,具有固有安全特性,当断电后,控制棒能够靠重力快速下落实现停堆。为验证控制棒驱动机构的可靠性,必须对其进行设计分析和试验验证。本文建立了全尺寸的冷态试验台架,并采用1:1的控制棒驱动机构样机,对高温气冷堆控制棒驱动机构的落棒功能进行了验证和分析。进行了多次全行程及不同高度的落棒实验,验证了落棒过程的稳定性,测定了控制棒在冷态条件下的落棒时间、落棒速度,试验结果满足规定的限值。对落棒过程进行了分析,建立了落棒运动方程式,进而得到了控制棒运行速度的解析解。理论及试验的结果符合较好,均表明本文研究的控制棒驱动机构落棒可靠具有固有安全特性,为商用高温气冷堆中的实践应用提供了理论依据。     

核反应堆控制棒驱动机构落棒历程计算

以控制棒驱动机构为研究对象,对其落棒历程进行运动学建模、落棒体受力分析及计算。同时,提出相关转动部件转动惯量的折算办法及电机随动过程中所产生制动力矩的处理办法,编制落棒计算的通用程序,实现了落棒历程中各影响因素时变规律的全程监控。计算结果显示:控制棒驱动机构的设计方案满足反应堆总体设计对其的时间、止动坐标方面的要求;电机最大制动力矩低于电机设计方案的额定制动力矩,验证了控制棒驱动机构现阶段总体方案设计的合理性。     

基于结构噪声检测的控制棒驱动机构运行故障分析方法研究

针对丝杠滚子螺母型反应堆控制棒驱动机构（CRDM）,研究了CRDM结构噪声检测技术。通过对CRDM运行的结构噪声信号进行时程和频域分析,获取反映CRDM运行故障特性的敏感特征量及其故障判据。模拟试验分析表明:结构噪声的时程和频谱分析可反映CRDM故障特性,可有效地鉴别CRDM故障。      

考虑格架的控制棒尖齿效应研究

利用节块法计算控制棒效应时,若处理不好控制棒价值会出现锯齿状的变化,即控制棒尖齿效应。本文利用一维模拟三维,分别将体积权重方法、轴向细网通量体积权重方法和带轴向不连续因子的轴向细网通量体积权重方法对不考虑格架和考虑格架时的控制棒尖齿效应进行修正,并比较其结果的差异。结果表明,格架带来的误差不可忽视,应选择较好的方法来得到均匀化截面,此外加入轴向不连续因子可明显减少均匀化所带来的误差。     

控制棒驱动机构的步跃冲击响应分析

基于柔性多体系统动力学理论建立了控制棒驱动机构(CRDM)三维实体有限元离散的刚-柔耦合动力学模型,用于计算CRDM在步跃冲击载荷下的响应。模型的方程采用模态缩减方法降低变形坐标维数,可以比非线性有限元方法更为高效地计算CRDM的运动曲线、冲击载荷和应力响应。此外,模型采用三维实体有限单元离散比杆单元离散方法具有更高的计算精度,不仅能准确地计算出大范围运动结果,而且可用于分析CRDM各部件的应力分布,找出局部应力偏大的部位。