反应堆吊篮水流振动研究和分析

应用流-固耦合理论推导相似准则和模型设计。在反应堆1:10模型上进行了吊篮结构的空气和静水中模态分析试验,获得动态特性。在反应堆1:5水力回路上进行吊篮水力振动试验,测得了流体对吊篮表面脉动压力、加速度、应变等信号与流量关系。经信号处理后获得了流体载荷谱及各种响应参数。在这两个试验基础上对流-固耦合与流致振动定量分析,导出吊篮水流振动理论计算方程。计算了秦山核电厂300MW的吊篮水流振动的响应与试验相符合。试验分析结果表明吊篮水流振动在寿期内是安全的。     

接受积分法在吊篮流致振动分析中的应用

接受积分法可用于计算结构在随机载荷作用下响应的均方根。本文研究了接受积分法的理论基础和适用条件,并将该方法与有限元方法相结合,简化了该方法的计算过程,使该方法更易于实现。基于反应堆吊篮缩比模型试验获得的流体脉动压力,采用接受积分法与有限元方法相结合的方法计算了吊篮结构的流致振动响应,计算结果与试验结果吻合良好。     

反应堆堆内构件流致振动特性研究

以某新型工程试验堆为研究对象,采用试验分析与仿真计算相结合的手段探索该试验堆堆内构件流致振动特性。在流致振动试验中,根据相似准则建立了1/2的缩比试验模型,并在整体水力模拟台架上开展了100%额定流量工况下的堆内构件流致振动试验,测量了吊篮组件和二次支承组件在流体作用下的动力响应;根据吊篮组件和二次支承组件所受激励的不同,结合试验结果分别采用不同的计算方法得到了流体力作用下结构的动力响应,分别获得了100%额定流量工况下的最大应力值。     

反应堆吊篮在泵致脉动压力载荷下的响应研究

反应堆结构的流致振动问题一直受到核工程界的广泛关注。主泵的泵致脉动压力是一个重要激励源,其将导致反应堆吊篮等部件周期性振动,长期运行会导致结构的疲劳损坏。为研究新设计的“华龙一号”反应堆吊篮在泵致脉动压力作用下的振动响应,本文首先分析反应堆吊篮所受的泵致脉动压力,而后建立吊篮有限元模型,对其在泵致脉动压力载荷下的动力学响应进行研究,并综合考虑湍流激励,评价吊篮在堆内构件流体作用下的整体影响。应力分析表明,吊篮各位置流致振动的最大应力强度小于疲劳应力限值,结构是安全的。但对于新设计的反应堆,或反应堆冷却剂系统更换新的主泵,则反应堆吊篮及堆内构件的泵致振动需受到重视。     

反应堆流激振动随机载荷分析方法研究

由于反应堆流激振动的复杂性,为了得到反应堆结构流激振动响应,目前主要以实验测量为主要研究手段,实验需要获得流体载荷函数。本研究利用反应堆1:1比例模型进行试验,得到反应堆脉动压力数据;并利用相干函数建立了通过脉动压力数据获取随机力载荷的数据处理方法。通过曲线拟合得到作用在反应堆堆内构件上的随机力载荷。获得的随机力载荷可进一步用于反应堆堆内构件的流激振动响应分析。     

主管道失水事故时吊篮动态响应线性分析

反应堆冷却剂进口管破裂时断面上流体突然失压,本文不研究流体失水喷放形成大流动和汽水分离全过程,只研究失压时吊篮与流体耦合的瞬态振动过程,对流体动力学方程线性化处理后求得吊篮结构上的响应。     

考虑流-固耦合效应的含液容器动力响应有限元分析方法

以圆柱形含液容器振动为例,比较流-固耦合有限元方法与理论解的计算结果,分析有限元方法的适用性。结果证明,流-固耦合有限元方法能够准确有效地计算含液结构的振动特性与动力响应问题,可以利用有限元模型预测复杂流-固耦合结构的动力特性并对其进行地震时程分析。     

弱耦合体系流致振动计算方法

弱耦合体系的流致振动的流体作用力可分成与结构运动有关的流体力和与结构运动无关的流体作用力.与结构运动有关的流体作用力可用结构的惯性力、阻尼力和刚度力的线性表达,与结构运动无关的流体力用CFD计算流场压力获得.本文介绍了一种计算弱耦合体系流致振动的方法,用该方法计算了秦山Ⅱ期1∶5模型吊篮,计算的结果和实验的结果保持在3.1倍范围内.因此,该方法可用于流致振动实验前的预估.     

华龙一号吊篮1∶5模型试验流致振动响应计算分析

秦山核电厂二期堆内构件1:5模型试验的流致振动分析是利用试验数据外推得到的,目的是获得响应最大值。华龙一号(HPR1000)堆内构件1:5模型试验吊篮的流致振动响应分析采用了相类似的分析方法,最终获得了吊篮的位移和应变响应值。该方法首先进行HPR1000吊篮有限元模型建模,幵通过模态分析获得了各阶模态的响应最大点的值与测量点的模态频率下响应值的比例关系,用该比例关系获得了吊篮的最大响应值。     

反应堆吊篮在正常和劣化支撑条件下的振动模态特性

反应堆正常运行时,吊篮组件受到冷却剂的作用而诱发振动,往往会造成吊篮及其支撑结构发生疲劳破坏或松动脱落,危及反应堆的安全。通过长期对运行中的反应堆吊篮振动特性的监测发现:随着反应堆的运行,吊篮的固有频率,特别是梁式频率会发生较大的变化,而常规吊篮模态的计算方法是无法模拟和预测该梁式频率的变化规律。针对该问题提出了在劣化支撑条件下吊篮结构模态分析的计算方法和力学模型,该方法准确模拟了不同的劣化状态下吊篮的约束边界。以国内某堆型的吊篮结构为研究对象,分别计算了在空气和静水中支撑条件劣化5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%时的振动模态,并与国外学者相关研究的试验结果进行对比,结果表明:本文提出的反应堆吊篮在劣化支撑条件下的振动模态计算方法与相关研究的试验结果趋势一致,吻合较好。因此,该计算模型是合理、可行的,能够满足工程计算分析的需求。     

堆内构件设计与研制

堆内构件是核电站反应堆中的主要设备。为了保证核电站反应堆安全可靠地运行,对堆内构件的结构设计、应力分析、热工水力、以及工艺试制等方面,进行了大量的试验研究和计算分析,予以不断完善和改进。其中设计了对中定位、反应堆驱动线、高温高压密封等独特结构;建立了完整的分析法设计的工作流程和方法,研究中涉及到流-固耦合、辐照-热-应力耦合、冲击-振动-弹塑性动力学、相似理论-模型试验等交叉学科;并且攻克了薄板加工、精密镗孔、精密焊接、驱动线对中等一系列制造技术难关。为新的核电厂的设计和制造,提供了借鉴与参考。     

堆内构件设计与研制

堆内构件是核电站反应堆中的主要设备。为了保证核电站反应堆安全可靠地运行,对 堆内构件的结构设计、应力分析、热工水力、以及工艺试制等方面,进行了大量的试验研究和计算分析,予以不断完善和改进。其中设计了对中定位、反应堆驱动线、高温高压密封等独特结构;建立了完整的分析法设计的工作流程和方法,研究中涉及到流-固耦合、辐照-热-应力耦合、冲击-振动-弹塑性动力学、相似理论-模型试验等交叉学科;并且攻克了薄板加工、精密镗孔、精密焊接、驱动线对中等一系列制造技术难关。为新的核电厂的设计     

秦山核电二期工程反应堆堆内构件模型流致振动试验研究

秦山核电二期工程是我国自行设计的第一个600MW级核电站,有必要进行反应堆堆内构件流致振动试验研究.本文介绍了按相似准则设计的实堆15的堆内构件试验模型,进行流致振动试验采用的试验方法,完成的试验内容以及试验数据的分析和处理.测得了吊篮结构在冷却剂流动冲刷下的脉动压力和各种响应参数.试验结果可用于秦山核电二期工程安全评审,并提供了吊篮流致振动响应计算的载荷谱和实堆振动监测、故障诊断的参考样本.     

反应堆流场分布优化实验研究和理论分析

采用法国TRIO-VF反应堆热工水力计算程序对反应堆流场进行数值计算,其几何模型与实验模型完全相同,获得了满意的结果.采用国内外最先进的PIV粒子成像测速仪对反应堆流场进行测量,获得了上腔室周边流场和上封头流场速度分布与压力分布以及吊篮上法兰喷嘴阻力系数.对测量结果进行了详细的分析讨论,并将计算结果与实验结果进行了对比分析.结果表明,上腔室和上封头内流场的速度和压力均相符较好.     

两串列管与两并列管的流致振动特性研究

为研究管束中的流-固耦合问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,实现计算结构动力学(CSD)与计算流体力学(CFD)之间的联合仿真,建立三维流体诱发弹性管束振动的数值模型。用本模型对单管振动响应进行数值模拟,并与已有实验数据比较证明了模型的合理性后,对三维弹性管的流-固耦合振动进行数值模拟分析。研究结果表明,发生锁定时单管的运动轨迹为"8"字型;两并列管的升力与横向变形幅值相等、相位相反,流体力、振幅随着间距的增加而减小,当间距大于1.5D后,两管间的相互影响基本消失,响应接近单管;两串列管中下游管的升力与振幅随节径比的增大而增大,当间距大于2D后,上游管几乎不受下游管的影响,流体力与振幅接近单管。     

两串列管与两并列管的流致振动特性研究

为研究管束中的流-固耦合问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,实现计算结构动力学(CSD)与计算流体力学(CFD)之间的联合仿真,建立三维流体诱发弹性管束振动的数值模型。用本模型对单管振动响应进行数值模拟,并与已有实验数据比较证明了模型的合理性后,对三维弹性管的流-固耦合振动进行数值模拟分析。研究结果表明,发生锁定时单管的运动轨迹为"8"字型;两并列管的升力与横向变形幅值相等、相位相反,流体力、振幅随着间距的增加而减小,当间距大于1.5D后,两管间的相互影响基本消失,响应接近单管;两串列管中下游管的升力与振幅随节径比的增大而增大,当间距大于2D后,上游管几乎不受下游管的影响,流体力与振幅接近单管。     

基于辐照与热流固耦合的反应堆金属反射层温度分析

金属反射层在反应堆压力容器内受辐照和热流作用,其温度分布是一个复杂的热流固耦合问题。为了更准确地模拟金属反射层的温度分布,本文在考虑辐照释热影响的基础上提出了基于三维模型的热-流体耦合与热-固体耦合相结合的分析方法,通过流体稳态热分析和结构稳态热分析迭代计算,获得金属反射层的温度分布及自然对流换热系数。与现有方法相比,该分析方法在分析过程中施加的边界条件更全面,计算结果更可靠。     

基于势流体的核反应堆贮液容器动力特性分析

由于流-固耦合计算规模十分庞大,很少在工程中应用.本文采用势流体函数理论,将流-固耦合特征值方程的耦合项通过势函数联系,流体流动的非线性连续性方程可简化为线性椭圆方程,大大地缩减了流-固耦合计算的规模.通过实际的算例验证表明,采用基于势流体的流-固耦合方法求解贮液容器动力问题是十分高效的,适合在核反应堆工程中推广运用.     

华龙一号堆内构件流致振动试验研究

本项研究采用试验研究和理论分析相结合的方法对堆内构件流致振动进行了研究。根据流致振动试验的相似准则,完成了1:5试验模型设计,按照美国核管会RG1.20的要求进行试验研究及有限元分析计算。试验研究解决了传感器布置的多项技术难题,获得了大量、完整、可靠的试验数据。结合流致振动试验数据对堆内构件进行流致振动响应计算。最后利用试验和计算分析相结合的方法完成了堆内构件关键部件流致振动疲劳强度的评估。研究方法对后续的流致振动试验研究具有重要的参考价值。     

六边形组件流致振动响应数值分析

工程堆用六边形组件受到冷却剂的作用会发生流致振动,采用数值分析方法对六边形组件的振动特性和流致振动响应进行分析研究,通过数值仿真计算了六边形组件在空气中和静水中的一阶固有频率及相应振型,并结合试验结果运用流致振动响应计算方法研究了流体力作用下结构的动力响应,获得了响应的最大应变值。计算结果和试验结果精度在同量级,验证了本文数值分析方法在六边形组件流致振动响应研究的可行性。