吊篮流致振动响应的数值计算

将流体和结构作用力分成与结构运动有关的流体作用力和与结构运动无关的作用力.与结构运动有关的流体力可以看成与结构惯性力、阻尼力和刚度力呈线性关系,并分别用附加质量、附加阻尼和附加刚度与结构的加速度、速度和位移的乘积表示;通常,附加阻尼、附加刚度比较小,可以忽略不计,主要考虑附加质量.与结构运动无关的流体作用力用CFD技术计算流场压力获得.最后用时程积分计算结构的响应.用该方法对秦山核电站二期1:5模型的吊篮进行计算,结果表明,对于流体产生的宽带激励,结构以其固有频率进行响应,主要以吊篮的一阶梁式频率作为响应的频率;实验和计算的响应统汁值保持在3.1倍范围内.因此,该方法可用于实验前的预估.     

快堆燃料组件抗震分析流体附加质量计算方法研究

浸没在液态钠中的快堆堆芯组件在地震作用下发生振动,可能导致组件结构损坏或堆芯结构变形,从而影响反应堆结构完整性和安全.流体使该振动表现为强烈的非线性,因此,研究地震引起的流固耦合效应对快堆抗震分析十分重要.本文主要研究流固耦合问题中附加质量的计算方法,该方法由Westergaard首先提出,是一种考虑水体对结构作用的简化动力学计算方法,它将动水压力等效成质量附加在结构上,质量等效原则自提出在各行业得到广泛应用,但缺乏详细理论推导.本文首先推导出附加质量公式,并对该公式进行有效性分析;接着对单根和两根组件用CASTEM在空气和水中进行建模;最后将频率、碰撞力分别与试验值比较.结果表明,计算值和试验值吻合.     

基于质量矩阵集总技术的非结构网格二维有限元屏蔽计算程序研发

精细化几何建模是高保真中子输运计算的重要基础，而非结构网格对复杂几何模型具有较强的适应性，能弥补结构网格建模能力的不足。为了提高屏蔽计算程序对复杂模型的建模能力，从一阶中子输运方程出发，建立了二维离散纵标-伽辽金有限元求解模型，对比分析了连续有限元和间断有限元方法的计算性能，进一步采用质量矩阵集总技术以提高求解模型的可靠性，并开发了相应的计算程序ThorSNIPE。选用BWR cell临界基准题、阿贡实验室5-A1固定源基准题和Dog leg duct基准题，验证ThorSNIPE程序的正确性。数值计算结果表明：ThorSNIPE程序的计算结果与基准值吻合较好，初步验证了程序的正确性，ThorSNIPE程序适用于复杂屏蔽计算分析；质量矩阵集总技术在不影响计算精度的情况下，能够有效抑制非物理振荡问题。     

压水堆燃料组件附加质量仿真研究

为了准确探究反应堆冷却剂与燃料组件间存在流固耦合行为对燃料组件振动特性的影响,本文采用计算流体动力学（CFD）软件Fluent平台,运用其中的动态网格技术,以压水堆燃料组件为研究对象,通过建立燃料组件模拟棒束、堆芯围板以及冷却剂模型,实现燃料组件与堆芯围板分别单独运动工况的燃料组件附加质量计算。结果显示：燃料组件运动工况下,燃料组件附加质量系数均值为2.4712;围板运动工况下,燃料组件附加质量系数均值为–3.4713,均与文献值偏差小于5%。叠加附加质量后,燃料组件振动频率计算值与水中振动试验测试结果偏差小于5%,验证了分析方法的合理性。本研究建立的仿真计算方法能够用于压水堆燃料组件附加质量计算。     

乏燃料贮存格架流固耦合参数的数值模拟

乏燃料贮存格架是储存乏燃料组件的重要设备。在地震载荷下,其响应是非线性的,可能产生滑移、颠覆等。发生地震时,存在于格架间隙内的流体耗散了结构的能量,保证了格架的完整性。本文使用3/10缩比模型,利用CFD软件Fluent进行了乏燃料贮存格架2D瞬态分析。计算过程中利用动网格方法模拟格架强迫振动,并进行了参数不确定性分析。利用CFD瞬态流体力分别获得了双Ⅱ区、双Ⅰ区格架附加质量矩阵。利用同轴圆柱体附加质量的计算解与解析解进行对比验证,证明了本文计算方法的准确性。本文计算所得的附加质量矩阵可为乏燃料贮存格架结构动态软件提供流固耦合参数。     

核级管道系统热应力分析方法研究及试验验证

介绍了热应力分析的有限元基本思想,讨论了基于ANSYS的热应力分析方法,为保证计算精度及计算效率,试验系统的总体分析模型采用管壳单元,对应力较大位置处的典型管件(如直管或弯管)建立局部精细化体模型进行典型测点的热应力计算值;开展核级管道总体结构力学模型合理性研究,以试验振动频率与模态结果为判据,对仿真模型关键参数迭代分析,提高了仿真分析模型与真实结构的吻合度;最后开展典型管道系统热应力计算及对应结构热应力试验测量,分析计算结果与试验结果偏差,评价模型关键参数修正效果及分析模型的合理性。结果表明,典型系统热应力计算值与试验值最大偏差为4.63%,吻合良好,验证了热应力建模及模型修正方法、热应力分析方法的有效性。     

PWR堆芯热工水力CFD仿真优化方案研究

压水堆(PWR)全堆芯采用计算流体动力学(CFD)技术进行仿真面临的问题较多。例如:堆芯网格缺乏精细化设计会导致仿真失真,而堆内大量复杂结构区的精细化设计与方案筛选需占用大量时间;PWR全堆芯CFD仿真需超600亿的巨量网格,致使仿真需要大量的计算资源与时间。针对这些问题,设计了多湍流模型分段应用、几何简化与仿真修正方案,保证了仿真优化的准确度,并显著降低计算量与时间。     

核电厂地坑过滤器附加质量试验研究

采用测量转动惯量的方法对核电厂安全壳地坑过滤器水下附加质量进行测量,分别测量了圆柱、圆筒、双层圆筒、圆筒形地坑过滤器4种结构。将圆柱的附加质量测量值与在理想流体中的理论值进行对比,验证了该方法可以比较准确地测量附加质量。结果分析表明,附加质量不随激振频率变化,圆筒结构附加质量为圆柱结构的1.9倍,双层圆筒附加质量与单层圆筒差异不大;地坑过滤器由于表面开孔附加质量较圆筒结构降低70%;地坑过滤器附加质量与本身质量的值为同一数量级,地坑过滤器设计时不能忽略附加质量。     

三维离散纵标方法在反应堆精细屏蔽计算中的应用研究

随着计算能力的发展,三维离散纵标方法(SN)已逐渐为反应堆辐射屏蔽计算的主流方法之一。本文就三维SN方法应用于反应堆的精细化屏蔽建模与分析的关键问题进行了研究,主要包括精细化几何建模、堆芯固定源模型的创建和数据库截面参数敏感性分析等内容。在此基础上,本文以典型的压水反应堆为对象,构建了精细的三维SN计算分析模型,以压力容器快中子注量率为算例,完整实现了反应堆的精细化三维SN建模与分析,并将三维SN结果和蒙特卡罗方法的计算结果进行了比较分析。对比结果表明,精细化三维SN方法具有较高的计算精度,验证了三维SN方法在反应堆精细屏蔽计算问题中的有效性和正确性。     

铀溶液临界装置抗震分析

铀溶液临界装置充装大量液体,抗震分析采用简捷有效的附加质量法处理液动压力的关键问题.容器高架夹套、质量分布上重下轻以及连接松脱的结构特点导致系统抗震能力较差.对此,通过对交叉加固和平板约束方案的对比分析,最终采用在装置上部增加约束的方法极大提高了系统抗震能力,使装置抗震性能满足了有关要求,并为设计提供了可行的结构优化方案.     

基于动网格技术的单根控制棒落棒行为仿真分析

以某小型反应堆控制棒驱动线为研究对象,建立了单根控制棒三维流体仿真模型。基于动网格技术对控制棒落棒行为进行了仿真分析,获得了控制棒落棒过程中导向管内流场的压力云图、速度云图以及控制棒位移、速度-时间曲线和导向管内压强-时间曲线。与相应试验数据的对比验证表明,仿真结果与试验结果符合很好。该方法可用来计算控制棒落棒时间及最大冲击力等重要参数,为控制棒驱动线结构优化设计提供参考。     

悬臂管在同心套管包围的水中振动特性的研究

对悬臂管在同心套管包围的水中的振动特性作了分析。通过求解二维线性Navier—Stokes方程,得出了计算附加质量系数和粘滞阻尼比的公式。为了验证理论分析结果,对悬臂管在同心套管包围的水中的附加质量系数和粘滞阻尼进行了实验研究。得出了附加质量系数和粘滞阻尼比与套管内径和悬臂管外径之比、悬臂管在同心套管包围的水中振动的固有频率以及Stokes数之间的关系。     

关于建筑材料防护标准的探讨

本文简要综述了各类主要建筑材料中的放射性水平,讨论了室内γ辐射剂量的计算方法和人在室内受到的附加剂量的计算方法。还讨论了在年全身附加剂量为1和1.5 mSv时建筑材料放射性的控制标准。     

核级扩张式抗性消声器数值仿真设计

针对非能动核电站管道排气消声器的工作环境和技术要求,采用有限元分析软件ANSYS对多节扩张室加内插管的抗性排气消声器进行声传递损失和流体压力损失的数值仿真计算。分析了不同结构参数对消声器声传递损失、通过频率和压力损失的影响,并以此为依据,合理确定消声器的结构参数组合,得到性能较好的管道排气消声器。     

空间弯管管束固有频率及附加质量系数计算

在工程设计过程中,合理确定中间热交换器内空间弯管的固有频率和附加质量系数,对于该设备的安全稳定运行至关重要。本文旨在通过有限元方法计算中间换热器同心圆排布的管束在空气和液钠环境中的固有频率及附加质量系数。将管束分为3个典型区域,选取6个位置建立换热管和流体域的三维模型,计算换热管的固有频率和附加质量系数。结果表明,换热管在空气中的固有频率受空间弯管的弯曲半径影响较小,附加质量系数受空间弯管的弯曲半径和所处区域位置影响较大,近似三角形排布区域的管束固有频率最低,该区域内层换热管的附加质量系数最大。      

控制棒组件缓冲结构缓冲设计方法研究

控制棒组件缓冲结构是控制棒的关键部件,本文针对一种既定结构的控制棒组件缓冲结构,对控制棒组件落棒缓冲效果开展了数值仿真计算分析.通过理论分析建立了一定的简化模型和控制方程进行数值仿真分析计算,获得了控制棒组件落棒冲击力的规律.本文的计算方法及结果可以指导控制棒组件缓冲结构的设计.     

反应堆主冷却剂系统实时仿真计算

对反应堆主冷却剂系统实时仿真进行了研究：在实时仿真支撑平台ASCA下对反应堆主冷却剂系统进行了建模、编程和计算．程序采用了漂移流模型,仿真计算气液混合物内相间非均匀流动的影响,用完整的四象限相似曲线来对主泵进行仿真计算．利用仿真程序对主冷却剂系统进行了降负荷计算,得到了系统压力以及蒸汽发生器压力、水位等参数的变化趋势,与RETRAN02的计算结果进行了比较。结果表明,本仿真程序可以应用于培训模拟器以及反应堆主冷却剂系统安全分析。     

GSI-191不同破坏压力材料对应的碎片影响区域半径计算方法研究

安全壳内高能管道发生破口之后,高速喷射的流体会冲击附近的设备和结构,产生不同类型的碎片。这些碎片会随地坑内的流体迁移到再循环滤网表面上,甚至会穿过滤网进入一回路管道和设备中,堵塞长期冷却循环通道,影响事故后堆芯热量的导出。本文研究了破口喷射参数和不同材料破坏压力对应的碎片影响区域(Zone of Influence)半径计算方法。根据不同的破口类型和破口上游流体参数,计算破口处的喷射压力和质量流量。分析高速喷射流形成的几何形状和压力分布,计算沿喷射流方向不同距离的喷射压力和径向压力,最后根据材料的破坏压力折算成碎片影响区域半径ZOI,可作为电站碎片分析的分析参考。     

循环水浸泡影响下的新型地坑过滤器抗震分析

安全壳地坑过滤器是核电厂专用的重要安全设施,用于在失水事故（LOCA）下收集安全壳内的泄漏水和喷淋水,以便再循环使用,从而保证安注泵和喷淋系统不被杂质损坏。为了对新型地坑过滤器结构的抗震性能进行分析,以其中的典型模块为例,采用ANSYS软件进行数值建模,并针对其在不同工况下进行了应力分析;地坑过滤器结构的附加水质量通过经验公式和试验的方法得到,在抗震分析中考虑了地坑过滤器结构周围流体对结构抗震性能的影响;并依据RCC-M规范对过滤器的滤筒和汇流槽进行了应力强度评定。该模块的计算结果表明,在不同工况下该新型安全壳地坑过滤器具有良好的抗震性能,满足规范的对强度的要求。     

压力驱动的毛细管内气体流动特性数值研究

安全壳缝隙内气溶胶的输运与滞留与缝隙内的气体流动密切相关。为利用现有的气溶胶穿透系数关系式评估事故后缝隙内的气溶胶滞留效率，以毛细管为代表性缝隙，基于一维可压缩绝热流动方程提出了一种压力驱动的气体流动计算方法，能够计算气流的亚音速、临界音速与壅塞状态。采用代表性的毛细管流动特性实验和计算流体力学(CFD)方法对本文提出的计算方法进行验证，结果显示流动变化趋势一致，气体流量与实验值相比绝大部分偏差小于10%,证明了一维计算方法的准确性与合理性，且效率优于CFD方法。在此基础上分析了毛细管两侧压差和内径对气体流动的影响，得到了不同内径毛细管内质量流量随压差的变化规律。本文研究结果可以为缝隙内气溶胶的滞留评估奠定技术基础，后续将拓展该计算方法至压力驱动的毛细管内多组分气体流动的模拟。