考虑流固耦合的快堆堆本体液体晃动数值方法研究

发布时间：2020-11-19 13:11

　　 快堆堆本体是大型池式结构,其内含有很大质量的液态钠。在地震情况下,容器会发生振动,导致其内的液体晃动,液钠晃动又会影响容器及堆内构件的振动,从而发生流固耦合效应,这种流固耦合效应可能会对容器壁面和主容器内的各个部件如热屏等产生结构破坏,与此同时可能产生较大的倾覆力矩,破坏主容器的支承。当晃动波高较大时,极有可能冲击到主容器上部的锥顶盖,对锥顶盖产生冲击破坏。为了保证地震情况下堆本体及各个设备构件的结构完整性,从而保证反应堆安全,考虑流固耦合的快堆堆本体液体晃动的研究十分必要。目前国内外对液体晃动的数值研究主要针对几何简单的方形或圆柱形水域,而对于快堆堆本体这种含有内部构件的复杂结构内的液体晃动的研究比较少,因此有必要对快堆堆本体这种复杂结构进行液体晃动的研究。其次,在很多前人关于液体晃动数值模拟的研究中,阻尼效应及流体与结构间的相互耦合作用没有充分考虑液体,因此有必要考虑液体的阻尼效应、流体与结构的相互作用。此外,已经开展的快堆堆本体液体晃动的数值模拟方法或模型缺少试验验证,故有必要对数值模拟方法或模型开展试验验证。本文采用大型商用软件ASYS对快堆堆本体缩比模型内液体晃动问题进行研究,建立纯环域和快堆堆本体复杂结构两种结构模型,液体用Fluid30单元和Fluid80单元模拟,结构用Shell63单元模拟,通过耦合重合节点的方式实现流固耦合作用。通过模态分析,研究结构的固有振动特性和液体的晃动特性,通过动力学时程分析和谱分析,得到液体的晃动波高、液体压力、结构应力强度和整体的合力和合力矩等参数。同时与地震台试验结果进行比对,验证计算方法可行性和计算结果的准确性。1.通过本文研究,证明了这种有限元方法对于研究快堆堆本体复杂结构内的液体晃动问题是合理可行的。2.通过对纯环域和快堆堆本体复杂结构内液体晃动特性的研究发现,堆内构件的存在首先会降低液体的模态频率,一阶模态频率减低16.93%,其次会对液体晃动起抑制作用,液体的最大波高减低28.87%,最大液动压力降低20.31%,故在保守情况下可以用纯环域的波高和压力代替复杂堆本体内液体的晃动波高和液动压力值。3.Fluid80单元可模拟液体的晃动特性,可提取液体的晃动频率、晃动波高和液动压力等值。在正弦二波激励下,当液体的阻尼比为12%时,晃动波高的有限元计算值和试验测量值的误差在10%以内,液动压力的有限元计算值和试验测量值的误差在15%以内。Fluid30单元可用来研究非晃动液体的流固耦合问题。4.通过Fluid80、Fluid30及附加质量三种方式模拟液体时,发现在考虑流固耦合和不考虑流固耦合下,结构的应力强度相差不大,同时液体的一阶晃动频率远远低于结构的一阶振动频率,说明流固耦合效应对该模型的影响比较小。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL433
【部分图文】：

Ｓｈｅｌｌ６３Ｆｌｕｉｄ８０??单元和ＦｌｕｕＢＯ单元模拟。材料参数如表２－１所示，纯圆环域的结构尺寸随具体??问题而定，环形区域液体高度为〇．１５５ｍ。试验模型的结构材料为有机玻璃，环??形区域内液体采用与试验相同的水。??表２－１材料参数??密度Ｐ?弹性模量Ｅ?黏度ｕ?声速Ｃ??材料?泊松比Ｈ??（ｋｇ／ｍ３）?（ｐａ）?（Ｐａ－ｓ）?（ｍ／ｓ）??有机玻璃?１丨８０?３．３Ｅ９?０．３７?／?／??水?ＷＯＯ?２．１８Ｅ９?／?１．０１Ｅ－３?１４００??２．１．２单元类型??１．?Ｈｕｉｄ３０?单元??Ｆｌｕｉｄ３０单元为八节点的六面体单元，每个节点有四个方向的自由度，Ｘ、Ｙ、??Ｚ三个方向的位移自由度和一个压力自由度，可以用来模拟流体的流固耦合问题，流体单元不可压缩、不能流动。??

?？③」??Ｃ０?』??图２－２?Ｆｌｕｉｄ８０单元几何??３．?Ｓｈｅｌｌ６３?单元??Ｓｈｅｌｌ６３单元用来模拟模型的所有结构部分，单元具有弯曲和薄膜特性，为??四节点的平面壳单元，每个节点有六个自由度，包括ｘ、ｙ、ｚ方向的平动自由度??和转动自由度，可以模拟结构的弹性性能和大变形特性。??２．ｉｋ??（５；?（ｔ）?》?Ｔｒｉｓｎ＾ｉｉａｒ?Ｏｆ＾ｉｃｏ??ｘＤ?＝?Ｅｌｅｍｅｎｔ?ｘ－ａｘｉｓ?ｉｆ?ＥＳＹＳ?ｉｓ?ｎｏｔ?ｓｕｐｐｌｉｅｄ，??ｘ?＝?Ｅｌｅｍｅｎｔ?ｘ－ａｘｉｓ?ｉｆ?ＥＳＹＳ?Ｉｓ?ｓｕｐｐｌｉｅｄ．??图２－３?Ｓｈｅｌｌ６３单元几何??９??

图２－２?Ｆｌｕｉｄ８０单元几何??
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本文编号：2890053