芯块一包壳间隙对燃料棒温度场影响的数值模拟

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1、芯块一包壳间隙对燃料棒温度场影响的数值模拟-科技创新论文芯块一包壳间隙对燃料棒温度场影响的数值模拟青涛尹春雨周毅武铃珺辛勇郭兴坤(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610213)【摘要】本文采用Simulation软件进行了芯块-包壳间隙对燃料棒温度场影响的数值模拟研究。结果表明:芯块-包壳间隙和燃料棒线功率对燃料棒温度场产生重要影响。与名义间隙状态相比,最大和最小间隙状态下的芯块温度场变化明显,但包壳温度场受影响较小;不同芯块-包壳间隙状态下的芯块中心温度差异随燃料棒线功率的提高先增大后逐渐减小;在芯块和包壳的不同

2、尺寸状态下,芯块中心温度随芯块-包壳间隙变化近似成线性,与小包壳和小芯块相比,大包壳和大芯块状态下的芯块中心温度略高。关键词燃料棒;温度场;芯块-包壳间隙;数值模拟;有限单元法NumericalSimulationofPellet-CladGap’sEffectonFuelRod’sTemperatureFieldQINGTaoYINChun-yuZHOUYiWULing-junXINYongGUOXing-kun(ScienceandTechnologyonReactorSystemDesignTechnologyLaboratory,Nu

3、clearPowerInstituteofChina,ChengduSichuan610213)【Abstract】ThetemperatureFieldoffuelrodindifferentstatesofpellet-cladgapswerestudiedusingtheFEAsoftwarenamedSimulation.Resultsshowthatpellet-cladgapandlinearpoweroffuelrodplayimportantrolesinthetemperaturefieldoffuelrod.Inthema

4、ximumandminimumgapstates,temperaturefieldvariesobviouslyinpelletbutlittleinclad,comparingwithnominalgapstate.Betweendistinctpellet-cladgapstates,temperaturediffererncesofpelletincentraloffuelrodincreasewithlinearpowerearlyandthendecreasegradually.Underdifferentdimesionsofpe

5、lletandclad,temperatureofpelletincentraloffuelrodchangesaboutlinearlywithpellet-cladgaps,andstatesofmaximumclad,maximumpelletshareaslighthighertemperatureincentreofpelletcomparingwithstatesofminimumclad,minimumpellet.【Keywords】Fuelrod;Temperaturefield;Pellet-cladgap;Numeric

6、alsimulation;Finiteelementmethod0引言在反应堆高温、高压和强辐射的运行环境中,燃料棒堆内行为的预测和评价[1]是其设计研究中极为重要的内容之一。由于辐照试验研究成本高、耗时长、在线观察难度大,而且辐照后检查也需要采用较为复杂的手段[2]。因此,随着计算仿真技术的发展,采用合理的有限元模型进行燃料棒堆内行为的数值模拟已经成为辅助设计的发展趋势和重要手段[3-4]。考虑制造工艺可行性和功能,燃料棒设计时芯块和包壳的几何尺寸需满足公差要求,该公差决定了燃料棒装配时的芯块-包壳间隙,并允许间隙在一定允许范围内变动。芯块

7、-包壳间隙在燃料装管时以及在运行过程中补偿燃料芯块热膨胀和肿胀是必要的,而且合适的芯块-包壳间隙设计是避免堆内运行时芯块-包壳相互作用[5](Pellet-CladdingMechanicalInteraction,PCMI)的有效基础。燃料棒设计准则中对燃料芯块的中心温度进行限制以保证包壳的完整性[6]。芯块-包壳间隙和燃料棒线功率是影响燃料棒温度场的重要因素。本文采用Simulation软件对不同芯块-包壳间隙状态下的燃料棒温度场进行了数值模拟,将芯块-包壳间隙的差异对燃料棒温度场的影响进行了对比研究。1有限元模型1.1几何模型针对燃料棒

8、结构特征的对称性,从长度等于一个芯块高度的燃料棒轴向段上取1/16结构作为有限元模拟的几何对象,模型见图1。该几何模型中燃料棒包壳外径Φ9.50mm、壁厚0.57m

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