地震条件下乏燃料贮存格架流体附加质量的研究

发布时间：2020-04-16 07:19

【摘要】：乏燃料贮存格架是核电厂临时贮存乏燃料组件的重要设备。作为抗震Ⅰ类设备,乏燃料贮存格架在设计上应满足在地震载荷下不散架、不倾翻、不发生大的变形。在地震条件下,由于流固耦合效应,流体会对浸没在流体中自由放置的乏燃料贮存格架的运动和自身变形产生很大的影响,并使其产生强烈的非线性运动,可能会损害贮存格架结构的完整性。流体附加质量是研究流固耦合效应的主要参数,是乏燃料贮存格架结构完整性分析所需的重要参数。因此,为了实现乏燃料的长期安全贮存,保证核电厂安全、连续、高效运行,开展乏燃料贮存格架的流固耦合特性研究,特别是乏燃料贮存格架在地震条件下流体附加质量的研究是十分必要的。虽然已有国内外学者对乏燃料贮存格架流固耦合特性展开了一定的研究,然而这些研究大多数只是针对单一格架,并没有对格架与格架之间的流固耦合特性展开研究。由于在高密度乏燃料水池中,乏燃料贮存格架以阵列的方式紧密排列。格架周围的结构对其流固耦合特性有很大的影响。故单一格架的流固耦合特性并不能准确地反映乏燃料贮存格架在地震条件下真实的流固耦合特性。并且在之前的研究中并没有得到乏燃料贮存格架流体附加质量的计算公式,使得格架的流固耦合特性分析以及格架的结构完整性分析十分困难。因此为了能够更加准确反映地乏燃料贮存格架与格架之间的流体附加质量,以及得到乏燃料贮存格架流体附加质量的理论计算公式,本文以中国先进非能动核电站(CAP1400)II区乏燃料贮存格架为例,展开了地震条件下乏燃料贮存格架与格架之间流体附加质量的研究。其研究主要分为实验研究和数值模拟研究两部分。与之前的实验研究不同,本文采用多格架的流固耦合测量实验来展开格架与格架间的流体附加质量的研究。首先通过小比例尺格架-格架流固耦合参数测量实验台架获取了格架与格架之间的流体附加质量。然后展开了中比例尺的格架-格架流固耦合参数测量实验,验证了不同缩比尺度下的格架流体附加质量测量结果的准确性。并且根据相似性分析获得了原型格架在不同间隙下的流体附加质量。实验还研究了间隙对格架流体附加质量的影响,最后通过势函数理论得到了不同间隙尺寸下格架间流体附加质量的计算公式,可以为以后格架的流固耦合特性研究以及格架的完整性分析带来极大的便利。并且在数值模拟研究中本文开发了一套计算复杂结构的流体附加质量的以CFD数值模拟方法,通过CFD方法,将格架运动简化为流体边界条件,采用动网格技术,获取其流体附加质量。并与实验结果进行对比,验证数值模拟方法的正确性。还研究了周围结构对乏燃料贮存格架流体附加质量的影响。本文对乏燃料贮存格架的流体附加质量展开深入的实验和数值模拟研究,提出了一种针对格架流体附加质量的理论计算公式,该公式可以根据格架的几何尺寸和格架间的间隙方便地计算出任意间隙下格架间的流体附加质量,另外还开发了一套计算复杂结构的流体附加质量的CFD数值模拟方法。这些成果可以为乏燃料贮存格架的设计、分析提供参数输入。同时,也为高密度乏燃料贮存格架的国产化研究奠定了基础。
【图文】：

格架,乏燃料贮存,附加质量,振动实验

附加质量进行详细的研究。并以ＣＡＰ１４００ＩＩ区乏燃料贮存格架为例，根据势函逡逑数推导出乏燃料贮存格架与格架间流体附加质量的理论计算公式。建立了一套逡逑全新的基于动网格技术的附加质量的ＣＦＤ计算方法，具体研宄思路如图１－１所逡逑示：逡逑

乏燃料贮存,格架,不锈钢,底板

研究将主要针对ＣＡＰ１４００系列的核电站中ＩＩ区乏燃料贮存格架间的流固耦合特逡逑性展开研究。逡逑如图２－１所示乏燃料贮存格架主要是由阵列排列的方形贮存腔坐落在四个逡逑可调支腿支撑的底板上构成。在各个贮存腔之间通过不锈钢连接片相连，连接片逡逑与贮存腔外壁焊接，从上到下间隔设置，加强了格架整体刚度，同时也形成了纵逡逑向及侧向的流水通道，利于冷却剂带走热量。同时在乏燃料贮存格架顶部四周焊逡逑有厚围板，可加强格架的整体，，特别是顶部的力学性能，以使其能抵抗并减少燃逡逑料组件跌落冲击对格架的影响，防止下方的中子吸收板遭到破坏，保证临界安全逡逑性能不受影响。乏燃料贮存格架支腿底部开有流水槽，使该处避免形成“死水”，逡逑依然能使冷却水流动，带走燃料组件的热量。支腿下方与乏燃料水池底面间放置逡逑垫板
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM623

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