采用组合质量-弹簧模型的快堆卧式贮钠罐晃动分析

在核电工程中广泛使用各类形式的储液容器,储液容器的抗震分析必须考虑液体晃动的影响。针对矩形储液容器,不同于传统的单向质量-弹簧模型将液体晃动对容器侧壁、底部的作用都等效为对侧壁的作用,本文提出一种组合质量-弹簧模型及计算公式,模拟了液体晃动分别对容器的侧壁、底部的作用。组合质量-弹簧模型在三维有限元模型上的加载位置更加合理,容器底部的应力结果更加真实。利用组合质量-弹簧模型对中国实验快堆的卧式贮钠罐进行横向晃动有限元计算,算例表明了计算结果的可靠性。组合质量-弹簧模型为储液容器的有限元抗震分析提供了一种有效的方法。     

质量-弹簧模型在储液容器抗震分析中的应用

核电厂有很多储液容器,对这些储液容器进行抗震分析时,液体的晃动可明显改变容器的质心和转动惯量等一些力学参数,因此,液体晃动对设备造成的载荷是不可忽略的。质量-弹簧模型是Housner理论和ASCE-4-98规范中对储液容器在地震作用下承受的液动压力给出的简化计算模型。本工作依据Housner理论和ASCE-4-98规范,对储液容器和容器内液体建立了三维质量 弹簧有限元模型,并据此计算了核电厂的储液容器在承受水平地震载荷时液体的作用力。将计算得到的液体频率结果及对流液体对容器的作用结果与应用公式计算的结果进行比较表明,三维有限元模型的计算结果是合理、可靠的。与ASCE-4-98规范相比,将质量 弹簧模型应用到三维有限元模型中,可直接从地震输入的模型中得到板壳元或三维实体有限元上位移和应力分布结果,这样更为直观方便。     

储罐等效力学简化模型的研究

为保证储罐抗震设计的合理性,对基于刚性壁理论和柔性壁理论的Housner和Haroun-Housner两种等效液动效应力学简化模型进行比较。使用ANSYS有限元软件建立2种不同尺寸储罐的液固耦合模型,进行模态分析和地震反应谱分析,将2种简化模型理论计算结果与有限元模型计算结果进行比较。分析结果表明:2种简化模型理论中储液一阶晃动频率与有限元模型数值解相符;Haroun-Housner模型理论中一阶耦联频率的公式解具有比较高的精确度;对于刚性储罐,2种简化模型与液固耦合有限元模型计算结果都比较接近;对于柔性储罐,Haroun-Housner模型与液固耦合有限元模型计算结果比较接近。通过对比发现,对柔性储罐采用Housner模型进行设计是不保守的,应采用基于容器弹性变形假设的Haroun-Housner模型。     

14 地震作用下容器中液体晃动的质量-弹簧模型

在地震作用下，贮液容器中的流体与容器相互作用，使容器底部和侧壁承受流体的压力，即液动压力。美国民用工程师协会规范《安全相关核设备的地震分析及说明ASCE4-86》（简称ASCE4-86）对此给出了全面说明和简单有效的一维的集中质量．弹簧梁模型。本工作目的在于把ASCE4-86中的对流压力的模型扩展到三维中去。经过验证，该模型是有效的。     

地震作用下容器中液体晃动的质量-弹簧模型

在地震作用下,贮液容器中的流体与容器相互作用,使容器底部和侧壁承受流体的压力,即液动压力。美国民用工程师协会规范《安全相关核设备的地震分析及说明ASCE4—86》(简称ASCE4—86)对此给出了全面说明和简单有效的一维的集中质量-弹簧梁模型。本工作目的在于把ASCE4—86中的对     

核电厂应急补水箱(ASG)地震响应对比分析

随着计算机性能的提升和数值计算方法的发展,流固耦合相互作用分析方法越来越多的用于工程中大型储液容器的抗震分析工作。但在实际应用中发现,流固耦合方法和集中质量-弹簧模型方法进行抗震分析得到的流体晃动振型、振型有效质量和容器壁面应力分布等数据存在明显差异。本文,针对核电厂储液容器的地震响应问题,详细比较了两种方法计算结果的差异,分析了流体晃动振型、振型有效质量和容器壁面应力分布存在差异的原因。     

核反应堆贮液容器的抗震分析

贮液容器的抗震计算一直是核设备抗震分析中的一个难点，这主要是由于容器内的液体在地震动的作用下会产生很大的动液压力，这种动液压力可能成为容器应力的主要来源。对于这类结构－液体耦合振动问题，以往人们是通过理论分析得到一些简化计算的结果，但不能满足设计上的需要；近年来发展成熟的有限元技术对于结构应力计算十分有效，但对于流固耦合问题，目前尚未成熟。本文介绍了一种针对结构－液体耦合振动问题的实用算法，它是将动液压力的理论分析与结构的有限元数值计算结合起来，为贮液容器的抗震计算提供了一条新的思路。     

储液容器跌落事故的有限元分析

考虑了流固耦合效应在储液容器跌落分析中的作用,采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法模拟液体在储液容器跌落过程中的惯性效应以及液体对容器所产生的侧向液动压力,综合考虑了流固耦合效应对储液容器跌落过程中容器本身的变形和动态响应的影响。结果表明,该方法可以较为准确地评价容器的安全性和结构设计的合理性,也为同类结构的设计评价提供参考。     

储液容器地震易损性参数计算

本文介绍了核电厂设备的易损性分析方法以及易损性模型的参数化计算方法。对核电厂中的典型储液容器应急补水箱（ASG水箱）使用Housner质量-弹簧简化模型进行了分析。对ASG水箱的各项易损性参数进行了计算,绘制出其易损性曲线,并得出高置信度低失效概率（HCLPF）值。结果表明：ASG水箱的HCLPF值低于安全停堆地震（SSE）水平,属于抗震能力较低的设备,需在结构上进行加强。     

中放废液收集槽抗震分析

中放废液收集槽是大型立式储液容器。为考虑容器内液体的晃动效应,引入三维的质量-弹簧模型,用响应谱分析的方法研究模型在地震作用下的响应。结果表明,把质量-弹簧模型引入到三维模型中是有效的方法;结构的最大应力出现在容器与支腿交界处。     

大亚湾核电站换料水箱底板渗漏分析与评估

2006年9月发现大亚湾核电站2号机组换料水箱底板底部有微量水渗出.本工作通过地震分析、应力计算、断裂力学分析,对发现渗漏的大亚湾核电站2号机组换料水箱进行分析与评估.     

高放废液贮槽气镇器搅拌系统的数值模拟研究

以后处理厂高放废液贮槽气镇器搅拌系统为模拟对象,其中气相、液相和固相分别为空气、硝酸钠水溶液和球磨后的钛白粉,基于颗粒动力学理论,建立适用于高放废液贮槽气镇器搅拌系统的气、液、固三相流动的数学模型,用CFD商用计算软件对其进行计算,得到了高放废液贮槽气镇器搅拌过程中气、液和固三相的速度、压力和相含率等详细数据。研究结果表明,计算值与实验值吻合较好,验证了建立的数学模型的正确性和适用性,为高放废液贮槽气镇器搅拌系统进一步优化设计和放大提供参考。     

Seismic response of flexible cylindrical liquid storage tanks

Liquid slosh and tank wall flexural vibrations are studied in a flexible model storage tank subject to simulated earthquake environments. Emphasis is placed on determining the influence of wall flexural vibrations on induced stresses. The approach is basically experimental, whereby similitude considerations are first presented. Then, a series of scale model experiments are conducted, and preliminary observations are evaluated. These evaluations allow formulation of an approximate analytical model for prediction of seismically induced stress. Validity range for this model is established by comparison of various predicted responses with observed results.     

中放废液罐车运输系统分析与改进

中放废液罐车为货包式装置,具有对废液接收、转运和暂存的功能。装置配备有真空、压空系统,液位测量、泄漏报警系统,气体净化系统,搅拌系统以及自控系统等,通过真空抽吸方式实现中放废液的装卸。本工作通过对系统方案分析发现其存在的不足,对接口系统、装卸料和冲洗系统及牵引系统进行了改进,并进行了试验验证。试验结果表明,改进后的运输系统能更好地满足中国原子能科学研究院的实际需求。     

Effect of geometric construction on residual stress distribution in designing a nuclear rotor joined by multipass narrow gap welding

The purpose of this study is to investigate the effect of geometric construction on the distribution of residual stresses before and after heat treatment in designing a nuclear welded rotor. The local material removal method was used to measure internal residual stress of the experimental pipe after post weld heat treatment. Three finite element models were employed as follows: a model of experimental pipe, a model with a bottom protrusion existed at the weld region, and a model of two rotor discs butt-welded with a bottom protrusion at the weld region. Investigated results showed that the bottom protrusion existed at the weld region can decrease the residual stress and mitigate the stress evolution significantly on the inner surface. Under the binding effect of the rotor discs, the axial stress of inner surface region is compressive stress; the through-wall axial stress at the weld center line can be deemed to a bending type; both the hoop stress and axial stress at the weld center line on the inner surface are compressive. The impact of geometric construction on the stress evolution at the root bead begins after pass 15 deposited.     

华龙一号非能动安全壳冷却系统循环水箱的热分层现象数值研究

华龙一号核电技术采用了非能动安全壳冷却系统的先进设计。作为一种自然循环系统,系统的冷却能力与其循环水箱的水温直接相关,循环水箱中的热分层现象研究对循环系统冷却能力的准确评估以及工程设计优化均有重要的现实意义。本文基于计算流体力学（CFD）技术对循环水箱升温过程进行了三维流动传热的数值模拟。研究表明,循环水箱中存在较为明显的热分层现象,总体上呈现水池顶部温度波动大,而底部等温层较为平缓的特点,系统循环功率和循环流量均会对水箱的升温过程产生影响：功率增大、流量减小均会促使水箱内产生较明显的热分层现象,同时也会使水箱平均温度偏高,出口水温也相应较高。2列循环系统出现循环功率或流量不均衡对水箱平均温度以及出口温度的升高过程基本无明显影响,因此非能动安全壳冷却系统水箱对系统循环能起到一定的自稳定的效果。     

Effect of local wall thinning on the collapse behavior of pipe elbows subjected to a combined internal pressure and in-plane bending load

The objective of this study was to investigate the effect of local wall thinning on the collapse behavior of pipe elbows subjected to a combined internal pressure and in-plane bending load. This study evaluated the global deformation behavior and collapse moment of the elbows, which contained various types of local wall-thinning defects at their intrados or extrados, using three-dimensional elastic–plastic finite element analysis. The analysis results showed that the global deformation behavior of locally wall-thinned elbows was largely governed by the mode of the bending and the elbow geometry rather than the wall-thinning parameters, except for elbows with considerably large and deep wall thinning that showed plastic instabilities induced by local buckling and plastic collapsing in the thinned area. The reduction in the collapse moment with wall-thinning depth was considerable when local buckling occurred in the thinned areas, whereas the effect of the thinning depth was small when ovalization occurred. The effects of the circumferential thinning angle and thinning length on the collapse moment of elbows were not major for shallow wall-thinning cases. For deeper wall-thinning cases, however, their effects were significant and the dependence of collapse moment on the axial thinning length was governed by the stress type applied to the wall-thinned area. Typically, the reduction in the collapse moment due to local wall thinning was clearer when the thinning defect was located at the intrados rather than the extrados, and it was apparent for elbows with larger bend radius.