【摘要】：乏燃料貯存格架是核電廠臨時(shí)貯存乏燃料組件的重要設(shè)備。作為抗震Ⅰ類設(shè)備,乏燃料貯存格架在設(shè)計(jì)上應(yīng)滿足在地震載荷下不散架、不傾翻、不發(fā)生大的變形。在地震條件下,由于流固耦合效應(yīng),流體會(huì)對(duì)浸沒在流體中自由放置的乏燃料貯存格架的運(yùn)動(dòng)和自身變形產(chǎn)生很大的影響,并使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的非線性運(yùn)動(dòng),可能會(huì)損害貯存格架結(jié)構(gòu)的完整性。流體附加質(zhì)量是研究流固耦合效應(yīng)的主要參數(shù),是乏燃料貯存格架結(jié)構(gòu)完整性分析所需的重要參數(shù)。因此,為了實(shí)現(xiàn)乏燃料的長(zhǎng)期安全貯存,保證核電廠安全、連續(xù)、高效運(yùn)行,開展乏燃料貯存格架的流固耦合特性研究,特別是乏燃料貯存格架在地震條件下流體附加質(zhì)量的研究是十分必要的。雖然已有國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)乏燃料貯存格架流固耦合特性展開了一定的研究,然而這些研究大多數(shù)只是針對(duì)單一格架,并沒有對(duì)格架與格架之間的流固耦合特性展開研究。由于在高密度乏燃料水池中,乏燃料貯存格架以陣列的方式緊密排列。格架周圍的結(jié)構(gòu)對(duì)其流固耦合特性有很大的影響。故單一格架的流固耦合特性并不能準(zhǔn)確地反映乏燃料貯存格架在地震條件下真實(shí)的流固耦合特性。并且在之前的研究中并沒有得到乏燃料貯存格架流體附加質(zhì)量的計(jì)算公式,使得格架的流固耦合特性分析以及格架的結(jié)構(gòu)完整性分析十分困難。因此為了能夠更加準(zhǔn)確反映地乏燃料貯存格架與格架之間的流體附加質(zhì)量,以及得到乏燃料貯存格架流體附加質(zhì)量的理論計(jì)算公式,本文以中國(guó)先進(jìn)非能動(dòng)核電站(CAP1400)II區(qū)乏燃料貯存格架為例,展開了地震條件下乏燃料貯存格架與格架之間流體附加質(zhì)量的研究。其研究主要分為實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究?jī)刹糠�。與之前的實(shí)驗(yàn)研究不同,本文采用多格架的流固耦合測(cè)量實(shí)驗(yàn)來(lái)展開格架與格架間的流體附加質(zhì)量的研究。首先通過(guò)小比例尺格架-格架流固耦合參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)架獲取了格架與格架之間的流體附加質(zhì)量。然后展開了中比例尺的格架-格架流固耦合參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了不同縮比尺度下的格架流體附加質(zhì)量測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。并且根據(jù)相似性分析獲得了原型格架在不同間隙下的流體附加質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)還研究了間隙對(duì)格架流體附加質(zhì)量的影響,最后通過(guò)勢(shì)函數(shù)理論得到了不同間隙尺寸下格架間流體附加質(zhì)量的計(jì)算公式,可以為以后格架的流固耦合特性研究以及格架的完整性分析帶來(lái)極大的便利。并且在數(shù)值模擬研究中本文開發(fā)了一套計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的流體附加質(zhì)量的以CFD數(shù)值模擬方法,通過(guò)CFD方法,將格架運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為流體邊界條件,采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),獲取其流體附加質(zhì)量。并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的正確性。還研究了周圍結(jié)構(gòu)對(duì)乏燃料貯存格架流體附加質(zhì)量的影響。本文對(duì)乏燃料貯存格架的流體附加質(zhì)量展開深入的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究,提出了一種針對(duì)格架流體附加質(zhì)量的理論計(jì)算公式,該公式可以根據(jù)格架的幾何尺寸和格架間的間隙方便地計(jì)算出任意間隙下格架間的流體附加質(zhì)量,另外還開發(fā)了一套計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的流體附加質(zhì)量的CFD數(shù)值模擬方法。這些成果可以為乏燃料貯存格架的設(shè)計(jì)、分析提供參數(shù)輸入。同時(shí),也為高密度乏燃料貯存格架的國(guó)產(chǎn)化研究奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

附加質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)的研究。并以ＣＡＰ１４００ＩＩ區(qū)乏燃料貯存格架為例，根據(jù)勢(shì)函逡逑數(shù)推導(dǎo)出乏燃料貯存格架與格架間流體附加質(zhì)量的理論計(jì)算公式。建立了一套逡逑全新的基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的附加質(zhì)量的ＣＦＤ計(jì)算方法，具體研宄思路如圖１－１所逡逑示：逡逑

研究將主要針對(duì)ＣＡＰ１４００系列的核電站中ＩＩ區(qū)乏燃料貯存格架間的流固耦合特逡逑性展開研究。逡逑如圖２－１所示乏燃料貯存格架主要是由陣列排列的方形貯存腔坐落在四個(gè)逡逑可調(diào)支腿支撐的底板上構(gòu)成。在各個(gè)貯存腔之間通過(guò)不銹鋼連接片相連，連接片逡逑與貯存腔外壁焊接，從上到下間隔設(shè)置，加強(qiáng)了格架整體剛度，同時(shí)也形成了縱逡逑向及側(cè)向的流水通道，利于冷卻劑帶走熱量。同時(shí)在乏燃料貯存格架頂部四周焊逡逑有厚圍板，可加強(qiáng)格架的整體，，特別是頂部的力學(xué)性能，以使其能抵抗并減少燃逡逑料組件跌落沖擊對(duì)格架的影響，防止下方的中子吸收板遭到破壞，保證臨界安全逡逑性能不受影響。乏燃料貯存格架支腿底部開有流水槽，使該處避免形成“死水”，逡逑依然能使冷卻水流動(dòng)，帶走燃料組件的熱量。支腿下方與乏燃料水池底面間放置逡逑墊板
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM623

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本文編號(hào)：2629534