铅冷快堆核燃料棒热力耦合作用与破坏机理

发布时间：2021-03-02 19:39

　　核能作为一种高效、清洁能源与其它能源相比具有许多独特优势,因此世界各国都在高度关注核电的发展与应用。核反应堆工作时,燃料棒内的温度最高,导致燃料棒内结构产生应力与应变,变形或应力过大均可能导致燃料棒结构发生破坏。铅冷快堆采用液态金属铅铋合金作为冷却剂,因铅基合金材料的熔点低、沸点高、热稳定性好,反应堆可以在低压下运行,降低了不可控化学反应发生的可能性,安全系数大为提高。铅铋合金冷却剂的出色多功能特性也使得核电装置小型化、微型化成为可能,因而近年来备受关注。本文采用有限元方法模拟了铅冷快堆核燃料棒内的温度分布、应力与应变,分析了铅冷快堆燃料芯块的破坏机理,为铅冷快堆核燃料棒的结构优化设计提供了初步理论基础。本文首先建立了简化的核燃料棒模型,设计了核燃料棒热力耦合迭代计算过程,采用二维轴对称分析方法研究了核燃料棒的温度分布、应力和变形,揭示了几何参数对核燃料棒中的温度、应力和变形的影响规律。发现轴向分成多块的燃料芯块的最大径向变形大于不分块的整根燃料芯块的最大径向变形,且随着分块数的增大,燃料芯块的最大径向变形几乎趋于稳定;包壳管厚度的改变对包壳管本身的应力影响明显,但是对于燃料芯块应力与... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 核燃料棒结构
        1.2.1 核燃料棒结构特点
        1.2.2 核燃料棒结构设计准则
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 铅冷快堆研究现状
        1.3.2 燃料芯块破坏研究
    1.4 本文研究内容
2 核燃料棒热力耦合分析
    2.1 热传导基本理论
    2.2 温度应力分析基本理论
    2.3 几何模型
        2.3.1 热传导分析几何模型
        2.3.2 力学分析几何模型
    2.4 材料属性
        2.4.1 材料热传导属性
        2.4.2 材料力学属性
    2.5 边界条件及载荷
        2.5.1 热传导分析
        2.5.2 力学分析
    2.6 热力耦合结果分析
        2.6.1 温度分布
        2.6.2 应力与变形
    2.7 本章小结
3 几何参数对核燃料棒温度场及应力场的影响
    3.1 燃料芯块轴向分块数的影响
        3.1.1 燃料芯块轴向分块数对温度场的影响
        3.1.2 燃料芯块轴向分块数对变形的影响
    3.2 包壳管厚度的影响
        3.2.1 包壳管厚度对温度场的影响
        3.2.2 包壳管厚度对应力与变形的影响
    3.3 气体间隙的影响
        3.3.1 气体间隙对温度场的影响
        3.3.2 气体间隙对变形的影响
    3.4 本章小结
4 燃料芯块开裂行为分析
    4.1 燃料芯块开裂求解模型
    4.2 释放开裂面边界条件方法模拟开裂
    4.3 燃料芯块开裂块数分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]小型自然循环铅冷快堆超功率失热阱并发瞬态分析[J]. 石康丽,张喜林,陈红丽.  核动力工程. 2017(04)
[2]铅铋共晶合金流动传热特性及不溶性腐蚀产物沉积特性数值模拟[J]. 杨旭,周涛,方晓璐,林达平,汝小龙.  原子能科学技术. 2015(08)
[3]铅铋与水自然循环流动传热比较分析[J]. 李精精,周涛,刘梦影,邹文重,苏子威,李云博,吴宜灿.  核科学与工程. 2014(02)
[4]铅铋冷快堆堆芯轴向一维单通道稳态分析[J]. 曾文杰,赵福宇.  新型工业化. 2013(06)
[5]核反应堆安全性评述[J]. 王丽新.  科技创新与应用. 2012(16)
[6]核电站的发展历程及应用前景[J]. 林宗虎.  自然杂志. 2012(02)
[7]国内外核电发展形势分析[J]. 武宏波,王智冬,项冰.  能源技术经济. 2012(03)
[8]核电拥有安全的未来——访原机械工业部副部长、中国电工技术学会理事长孙昌基[J]. 奚大华,肖吉德.  电气技术. 2011(08)
[9]世界核电技术发展趋势及第三代核电技术的定位[J]. 欧阳予.  国防科技工业. 2007(05)
[10]二氧化铀核燃料芯块烧结工艺的发展概况[J]. 李锐,高家诚,杨晓东,孟繁琦.  材料导报. 2006(02)

博士论文
[1]铅铋冷却反应堆含配重燃料组件结构完整性分析[D]. 韩骞.中国科学技术大学 2015
[2]小型自然循环铅冷快堆SNCLFR-100热工水力设计与安全分析研究[D]. 陈钊.中国科学技术大学 2015



本文编号：3059832