CAP1400双乏燃料贮存格架地震条件下流固耦合试验研究

CAP1400是中国自主研发的新型反应堆,其乏燃料贮存格架自由地放置在乏燃料水池内,水可在格架内部通道中流通,同时水也存在于格架与格架、格架与池壁之间的间隙中。在地震情况下,格架与流体之间的流固耦合特性非线性度非常高,很难用软件准确地模拟计算。为准确地探究CAP1400乏燃料贮存格架的流固耦合特性,建立了乏燃料贮存格架和水箱缩比试验模型,开展了振动台试验。在扫频试验中,测量了格架支脚与水箱底板间的摩擦系数;同时研究了正弦波、地震波工况下,格架与格架间的间隙对格架滑移现象、流体压力的影响。通过分析试验结果,得到了格架支脚与水池间的摩擦系数;且格架间隙越大,流体压力越小,但格架间隙对滑移现象影响不明显。本试验的结果可为CAP1400乏燃料贮存格架的流固耦合参数选取提供依据。     

新型乏燃料贮存格架自主研制

自主研发一种新型乏燃料贮存格架。基于该乏燃料贮存格架的结构,从临界安全、热工水力和力学抗震等方面论证新型乏燃料贮存格架的安全性、可靠性。为了验证新型乏燃料贮存格架的设计合理性和制造工艺可行性,制造1台工程样机,并进行支腿调节试验和模拟组件插拔试验。通过样机的制造和试验表明,新型乏燃料贮存格架设计合理、制造可行,可以批量化生产。     

基于超单元技术的乏燃料贮存格架多自由度非线性抗震分析

基于有限元软件ANSYS超单元分析技术,建立乏燃料贮存格架整池超单元模型,对格架地震响应进行更精确的多自由度模拟。考虑了格架间流-固耦合影响,对整池格架进行非线性时程抗震分析,获得了格架的跳起位移、碰撞加速度、滑移位移等计算结果,并将超单元模型抗震分析结果扩展到格架详细模型,得到格架地震下的变形和应力。分析结果表明:基于超单元分析建模的技术方法显著提高了分析效率,格架响应计算也更为精确,可用于乏燃料贮存格架的抗震设计。     

乏燃料贮存格架时程分析方法

乏燃料贮存格架是用于贮存换料后的乏燃料组件的重要设备,其自由放置在核电厂乏燃料水池中,在地震载荷下的响应属于非线性响应,包含了各种复杂的运动:滑移、碰撞、扭转、倾覆等。为了准确描述上述非线性响应,本文建立了乏燃料贮存格架整池有限元模型并进行非线性时程分析,考虑了滑移、碰撞、摩擦等影响因素,同时还考虑了乏燃料贮存格架在水池中的流固耦合效应。通过时程分析得到了乏燃料贮存格架在地震载荷下的位移、载荷等计算结果。该方法可用于乏燃料贮存格架的抗震分析。     

秦山核电二期工程乏燃料贮存格架的设计

在秦山核电二期工程的设计中，乏燃料的贮存采用了中子毒物镉的密集型贮存格架，与疏松型贮存格架相比，大大提高了乏燃料贮存水池单位面积的贮存能力。镉密集贮存格架的设计在国内尚属首次．本文介绍了该型贮存格架的方案选择以及设计中考虑的主要原则和要求。     

核电厂乏燃料贮存格架水下去污装置研制

针对核反应堆乏燃料贮存格架去污的必要性与功能要求,研制了一种二代核电厂乏燃料贮存格架水下冲洗去污装置。详细介绍了该装置的结构组成、功能原理及控制系统设计。经某核电厂现场使用验证,该装置操作简便,具有良好的冲洗去污能力,可大幅降低乏燃料贮存格架的辐射剂量水平。      

乏燃料贮存格架的试制

简要介绍了乏燃料贮存格架实体模型试制过程中的生产准备、材料要求、关键零部件的加工、组焊、检验以及抽插试验的过程,为乏燃料贮存格架产品的制造和国产化提供了经验。     

窄间隙流固耦合结构抗震分析流程规范化研究

对于窄间隙流固耦合效应,采用简化方法得到附加质量和地震激励修正系数。在乏燃料贮存格架的抗震分析中,对其分析流程进行规范化,即在考虑流体附加质量的同时,也对地震激励进行修正,从而得到乏燃料贮存格架在地震载荷下的力学响应。在此研究基础上可以进一步建立窄间隙流固耦合结构抗震分析标准。     

核电厂乏燃料贮存格架水下吊装工具研制

针对某二代核电厂乏燃料贮存格架水下吊装的需求,根据乏燃料贮存格架的水下布置特点,对水下吊装接口安全性及操作便利性进行分析,研制了一种通过抓放格架底板流水孔来实现格架水下自锁的兜底式格架吊装工具,并详细介绍了此水下吊装工具的结构组成、使用操作及工作原理;最后将此格架用于某二代核电厂20台格架的吊装作业。现场应用表明,此吊装工具操作简便、结构可靠,满足格架水下吊装需求。      

高密度乏燃料贮存格架临界安全设计

基于第三代先进非能动压水堆核电厂的设计特点、运行方式及其复杂的燃料组件设计,考虑各种能谱硬化因素,研究组件燃耗计算的运行条件组合,获得指定燃耗深度下的核素密度。建立乏燃料贮存格架的临界计算模型,并对临界安全分析中的关键因素(如末端效应、可信事故工况等)进行详细研究,最终初步设计出满足我国最新(临界)标准和要求的、可应用于实际工程的高密度乏燃料贮存格架。     

振动条件下平行孔板间流体的作用力实验

乏燃料贮存格架自由放置在乏燃料水池内,格架 格架、格架 池壁之间有一定间隙。在地震载荷下,这些间隙中流体的流固耦合作用耗散了结构的能量,保证了格架的结构完整性。根据AP1000和CAP1400系列反应堆型的格架储存腔设计,格架的侧壁有平板或孔板两种方案。对格架进行结构动力学分析时,为了简化流体间隙附加质量的计算,工程上一般将孔板直接简化为平板。这样的方法并不能精确反映出实际的流固耦合效应。为获得格架与格架、格架与池壁间流体的流固耦合特性,搭建实验台架,通过振动实验,测量孔板的间隙流体在不同激振频率、不同间隙条件下的流体作用力。实验最终给出孔板的间隙流体的流体力,并给出了不同间隙条件下附加质量,本文可为AP1000和CAP1400系列乏燃料储存格架的流固耦合参数选取提供依据。     

压水堆乏燃料中间贮存技术研究

本文通过调研主要核电国家的压水堆核电站乏燃料中间贮存与处理现状,分析研究近年来在压水堆核电站乏燃料中间贮存方面的趋势,明确乏燃料干式贮存技术将是未来压水堆核电站乏燃料中间贮存的主流。结合我国压水堆核电站乏燃料的现状并对未来核电站乏燃料贮存与处理工作提出建议。     

核燃料工艺运输系统水下自动定位装置研究

针对核燃料工艺运输系统人工标定效率低、精度差的不足,对一种应用于水下燃料格架自动定位的装置进行了研究。阐述了系统构成及原理,设计实现了视频引导初步定位、基于STM32单片机与电感式接近传感器完成偏差测量与自动调整的精确定位功能。并对包括系统的软硬件设计、自动控制策略及初始参数标定进行论述。经现场样机试验表明,该装置可显著提高定位精度并缩短系统调试周期,还可应用于核电站在役运行期间的系统维修后再定位及定期校准。     

乏燃料贮存燃耗信任制计算的敏感元素分析

燃耗信任制的应用分析需要计算乏燃料系统的反应性,为了保证临界安全需要保证分析结果的包络性,为此需要考虑到各种不同燃耗因素对于分析结果的影响。采用SCALE程序包中的STARBUCS模块,通过对OECD/NEA发布的Phase-IA及Phase-IIA基准题的验证分析,研究了不同信任等级、堆芯运行参数等因子对乏燃料贮存系统临界安全的敏感性分析,并得出有益的结论。     

高储存密度乏燃料组件储架系统的结构特点与分析

高储存密度乏核燃料组件储架可以在不改变已有燃料储存水池的条件下，把储存乏核燃料组件的能力提高一倍左右。在核电站建设中推广这种先进的储架结构可以获得很大的经济效益。本文讨论这种储架的技术背景、结构特点以及设计与分析的内容与要求。     

Gas-solid Two-phase Flow Analysis and Structure Optimizationof Spent Fuel Shearing Machine

Mechanical shearing systems are commonly used in reprocessing plants to crack spent fuel. The radioactive dust generated by shearing needs to be contained to ensure the full utilization of spent fuel pellets and the maintainability of the hot chamber. The airflow pattern and particle distribution and movement in the machine are of great significance to ensure the normal operation of the shearing machine. In order to supplement the deficiencies of experimental research and theoretical research, and improve dust distribution, reduce dust levels and optimize design of the shearing machine, the flow field in bar shearing machine with injected virtual particles was simulated based on the discrete particle model. By analyzing the distribution of velocity, pressure and turbulent kinetic energy of the fluid in shearing machine and the destructive effect of dust particles on the inner wall of shearing machine, the structure and boundary conditions of the shear were optimized. The results show that the eddy current, turbulence and high impact force can be effectively avoided by improving the structure of the flow passage and the input conditions. The velocity field, pressure field and turbulent kinetic energy distribution of gas-solid two-phase flow in the box are more uniform and the gradient change is smaller, and the damage of box wall is effectively reduced.     

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。     

钠冷快堆乏燃料组件自然循环冷却瞬态过程的数值模拟研究

应用Fluent程序,对处于氩气中的钠冷快堆乏燃料组件自然循环冷却瞬态过程进行了三维数值模拟。计算获得了乏燃料组件内部冷却剂通道和外部区域的热工水力学现象及变化规律。结果表明:利用标记区域分割方法,将燃料棒间隙网格划分为绕丝网格和绕丝周边流体域网格,能在棒束区生成高质量结构化网格;在氩气自然循环冷却瞬态过程中,棒束区内子通道氩气流量增加速度落后于边子通道,内子通道升温更快;乏燃料组件棒束区温度在轴向呈现中心高、边缘低的分布特征;为避免包壳温度超过设计值,乏燃料组件处于氩气中的时间不宜超过6min。     

飞机撞击下高温气冷堆乏燃料厂房损伤研究

本文针对典型高温气冷堆乏燃料厂房在双发商用飞机撞击载荷下的响应及结构完整性开展研究,并探讨结构特性对撞击损伤的影响。对乏燃料厂房及飞机分别建立有限元模型,通过弹体-目标相互作用分析模拟了飞机撞击过程,综合IAEA与NRC的评价准则对乏燃料厂房在飞机撞击下的损伤程度进行评估。数值结果表明：厂房上对应于机身及发动机的撞击位置发生可接受的局部损伤;乏燃料贮存井墙体对于提高构筑物抗飞机撞击能力有重要作用。此外,构筑物外形对损伤有很大影响,圆柱形壳体的抗飞机撞击能力显著强于方形厂房,是核电厂厂房设计的优化方向之一。