换热器传热管与支承板碰撞力的数值模拟

在流动诱发振动的作用下,传热管的微振磨损,是导致换热器损坏的重要原因之一.预测管子微振磨损率的一个关键参数是管子-支承碰撞力.本文利用有限元模型计算了单跨悬臂管作平面运动时的管子-支承振动碰撞力.数值模拟的结果与实验数据作了比较,实验数据与分析的结果是相符的.     

气流激励下柔性支承转子的瞬态响应

气流激励对于柔性支承转子的瞬态响应有重要影响。本文通过分析气流扰动转子的物理过程,引入Muszynska流体激励力模型,建立了柔性支承转子的运动微分方程,并通过数值计算得到了进气时间和进气压强对转子瞬态响应的影响规律。结果表明：在同一进气压强下,进气时间越长,气流激励力对转子瞬态响应产生的影响越大,并计算得到了临界进气时间和临界进气压强。设计并实施了转子受气流激励影响试验,试验中进气时间对转子动力学响应的影响规律和转子涡动现象与理论分析结果基本一致,验证了理论模型的适用性和理论分析的正确性。     

核电厂安全阀排汽激振分析

对安全阀排汽激发的管系振动进行了研究,分析了安全阀激振的原因,利用有限元方法对管系进行了建模,模型中考虑了管道、支承、吊架等因素的影响。用安全阀排汽推力作为激励力,计算出了安全阀排汽激发的管系动力响应幅值。计算结果表明安全阀排汽能产生很大的管系的动应力,与现场观测结果一致。在管道设计时有必要考虑排汽激振影响,最后提出了消除排汽激振影响的措施。     

换热器传热管与支承板间碰撞力的分析和实验研究

由于流致振动而产生的传热管微振磨损,已构成核电站蒸汽发生器故障的主要原因之一。影响管子磨损的因素很多,关键参数之一是管子一支承板间的碰撞力。本文用非线性间歇碰撞的有限元模型,编制了平面横向和空间横向碰撞力计算程序。在室温空气条件下进行的单跨管微振实验表明,平面和空间横向碰撞力的计算值与实验数据二者的符合程度是满意的。     

基于有限元法的高速旋转设备装架模态分析

同位素生产中专用高速旋转设备通常以多台机器组成一个装架进行生产,为提高专用高速旋转设备机械性能可靠性,对装架模态进行研究,建立高速旋转设备装架模型。采用有限元法对装架进行模态分析,考虑机器与支架间接触关系及装配预紧力、支架与支承间垫片对装架刚度的影响,将分析结果与装架模态实验结果进行对比,验证有限元模型的准确性。在装架模态实验中,采用单点激振多点拾振的方法,提出一种新的传感器布置方式,优化了装架模态实验方法。通过对装架支承肋板设计参数和支架与支承间垫片厚度对装架模态频率的影响规律研究,提出了合理的支承设计参数及装配参数。     

中国实验快堆燃料组件频率测量试验

堆芯的安全性极其重要,反应堆堆芯组件的抗震分析比较困难。为给中国实验快堆堆芯组件的数值分析提供依据,同时也为安全审评提供基本数据,利用动态测量系统完成了单根燃料组件分别在空气和水介质中频率的测量。试验中,分别采用了3档不同幅值的激励力。考虑安装公差对频率的影响,采用重新安装燃料组件的方法重复测量。经分析,试验结果合理可靠。     

多谱分析法在核级管道抗震分析中的应用

多谱分析法和单谱分析法是核电厂管道抗震分析常用的2种方法.多谱分析法是在管道的各个支承点施加不同的激励,单谱分析法是对管道的支承采用一致激励.多谱分析法考虑了地震激励随空间的变化.本文分别采用多谱分析法和单谱分析法对削减阻尼器后的主蒸汽系统(VVP)管线进行计算,分析2种方法对阻尼器反力的影响.结果表明,2种分析方法的...     

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。     

反应堆堆内构件流致振动特性研究

以某新型工程试验堆为研究对象,采用试验分析与仿真计算相结合的手段探索该试验堆堆内构件流致振动特性。在流致振动试验中,根据相似准则建立了1/2的缩比试验模型,并在整体水力模拟台架上开展了100%额定流量工况下的堆内构件流致振动试验,测量了吊篮组件和二次支承组件在流体作用下的动力响应;根据吊篮组件和二次支承组件所受激励的不同,结合试验结果分别采用不同的计算方法得到了流体力作用下结构的动力响应,分别获得了100%额定流量工况下的最大应力值。     

静态随机存储器的电磁脉冲效应实验研究

实验研究了静态随机存储器(SRAM)的电磁脉冲效应,重点研究存储器容量不同、不同脉冲宽度脉冲场激励以及存储器读写状态与否等情况下的效应规律,实验场强在2.5至40 kV/m之间。实验结果表明,存储器处于读写状态即片选有效时其效应更为严重,存储器的翻转效应与存储容量大小、激励电磁脉冲的脉冲宽度关系不大,电磁脉冲的场强幅值是其主要的敏感参数。     

反应堆结构三维非线性抗冲击分析

建立三维非线性有限元模型,对反应堆结构进行抗冲击动力响应分析,克服了结构的间隙、接触、摩擦、阻尼、预紧、碰撞、流固耦合、连接刚度等非线性因素;对于吊篮与压力容器间的流固耦合作用,建立水动力质量矩阵,并采用ANSYS声单元验证其准确性;设置了三维的堆芯上下板,并建立了多组燃料组件模型,考虑其预紧、跳起、与围板的间隙及碰撞,并考虑水平与竖直方向的耦合,更加精确地模拟了反应堆结构动力响应;以3个方向的冲击加速度时程作为计算输入,得到了各部件的响应,为各部件应力分析及控制棒驱动线抗冲击试验提供输入。该方法为反应堆结构的三维动力响应分析提供借鉴。      

GPU-based Monte Carlo simulation in neutron transport and finite differences heat equation evaluation

Graphics Processing Units (GPU) are high performance co-processors originally intended to improve the use and quality of computer graphics applications. Since researchers and practitioners realized the potential of using GPU for general purpose, their application has been extended to other fields out of computer graphics scope. The main objective of this work is to evaluate the impact of using GPU in two computational expensive problems in nuclear area: a neutron transport simulation by Monte Carlo method and Poison heat equation resolution for a square thin plate. To accomplish that, GPU and CPU-based (single- and multi-core) approaches were developed. Results demonstrated that the GPU-based approach is damn faster than a parallel 8-core CPU-based approach also developed in this work.     

压水堆燃料组件抗震试验研究

燃料组件属I类抗震物项,其抗震问题直接关系核电厂运行安全,通常需通过抗震试验验证反应堆燃料组件抗震分析方法的合理性。本文模拟反应堆实际堆芯燃料组件安装方式,设计压水堆燃料组件抗震试验件与试验装置,针对不同组件数量布置方案,在高性能地震模拟振动台上开展试验研究。结果表明,水介质中燃料组件的第一阶频率为2.96 Hz,最大冲击力出现在燃料组件偏中间位置处,试验获取了地震作用下燃料组件的格架冲击力、格架相对位移、模拟堆芯板与围板的加速度等响应。试验结果可用于设计基准事故工况中燃料组件抗震分析模型的建立与分析软件的验证。     

Modelling of fluidelastic vibrations of heat exchanger tubes with loose supports

The existence of gaps at tube supports necessitates time domain modelling of fluid forces to predict flow-induced vibrations and associated wear in heat exchangers and steam generators. This paper presents a new time-domain model for fluidelastic instability forces of tubes with loose-supports. In this model, the fluidelastic force, which is dependent on flow velocity and array geometry, is superimposed on the turbulence forcing function. The model was used to calculate the critical flow velocity, tube response, and tube/support interaction parameters, such as impact force and work rate. The critical velocity for linear cases was accurately predicted. The critical flow velocity for the loose support case was found to be sensitive to both the gap size and the turbulence level.     

进出口阻力对倒U型管束内倒流特性的影响分析

蒸汽发生器（SG）倒U型管束内倒流问题增大了自然循环条件下SG的流动阻力，降低了系统自然循环能力，对反应堆安全产生了负面影响。针对上述问题，以船用SG为研究对象，分别采用理论分析和计算流体动力学（CFD）数值模拟方法，通过修圆并联倒U型管束内管板开孔，研究了采用改进方案前后管板的流量分配和倒流特性。结果表明，通过修圆短管管板开孔，在自然循环工况下能有效降低SG流动阻力，增大短管的流量分配，从而降低倒流临界流量，延缓倒流现象的发生。研究结论为SG倒U型管束内倒流问题提供了一种可行的解决方案，可以为解决倒流问题研究提供支持。      

Numerical analysis of ITER fourth poloidal field (PF) coil feeder

The ITER poloidal field (PF) feeder busbar which carries 52 kA current will be subjected to high Lorentz force due to the background magnetic field aroused by the coils and the self-field between a pair of PF busbars. Peak magnetic force requires dense supports. But to minimize the heat load to the busbars as well as the cryo-pipes, fewer and thinner supports design is proposed, so a balance between mechanical strength and thermal insulation performance should be achieved. This paper presents the analysis on support system design for ITER 4th PF feeder including the S-bend box, the cryostat feed-through, the in-cryostat-feeder. An electric–magnetic coupled analysis aims to get real magnetic force load under the worst scenario, then the Lorentz force result is imported into the mechanical analysis, applied on the busbars, meanwhile the busbar supports, the containment duct, the gimbals, the separator plate and the cryo-pipes, the cold mass supports are contained in the finite element model to check the full system performance under Lorentz forces, earth gravity and thermal contract at 4.5 K. Based on the analytical results, the quantity and the spaces between busbar supports in the 4th PF feeder have been studied and the detail design optimized.     

异径布管夹持支撑结构换热器壳侧场协同分析

针对折流杆结构换热器只有在较高壳侧流速时才能达到较高传热效率、布管不紧凑、不能很好抵抗变化工况等缺点,提出以大小两种规格换热管和夹持支撑结构代替传统的折流杆支承元件,达到提高壳侧传热系数,增加换热面积.利用CFD软件建立单元流道,对壳侧流场和传热场进行了三维数值模拟,提出了复杂结构的纵流换热器壳侧速度.温度梯度场矢量夹角的计算方法,得到了壳侧速度场和温度梯度场的场协同角的定量关联式,证实了新结构具有更好的场协同关系.     

蒸汽发生器水室隔板的简化对下部组件等应力的影响

蒸汽发生器内部部件较为复杂,载荷作用下一次侧的力学行为通常会影响管板上部的部件,如支撑板和管束.通过对水室隔板的不同简化建立下部组件的轴对称和三维模型,考察对应力分布及支撑板和管束的影响.研究结果表明:轴对称模型能较为准确地得到应力强度分布,且较为保守.管板在不同模型下的位移差别较大,从而影响管板上部的支撑板以及管束的力学行为.     

The flow and heat transfer characteristics of turbulent flow in typical rod bundles in ocean environment

The flow and heat transfer characteristic of turbulent flow in typical 4 and 7 rod bundles in ocean environment is investigated theoretically. In ocean environment, the periodic variation of secondary flow in 7 rod bundles is not obvious. Because of the velocity oscillation, there is a periodic heat accumulation on the tube wall. And the restriction of the channel wall on the rolling motion is considerable. In 7 rod bundles, because of the restriction of the channel wall, the effect of the additional force perpendicular to flowing direction is limited, and the turbulent flowing and heat transfer is mainly determined by the axial turbulent intensity and inlet velocity. However, in the 4 rod bundles, the restriction of the channel wall is small. The effect of the additional force perpendicular to flowing direction on the flowing and heat transfer is significant. And the additional force perpendicular to flowing direction can also affect the Reynolds stress.