【摘要】：流致振動(dòng)廣泛存在于工程應(yīng)用中,尤其在核反應(yīng)堆中,直接影響著核反應(yīng)堆的運(yùn)行安全。冷卻劑的高速流動(dòng)會(huì)使燃料元件產(chǎn)生振動(dòng),這種流固耦合振動(dòng)極易導(dǎo)致燃料棒的變形和磨損,甚至造成放射性物質(zhì)泄漏。開展燃料元件軸向流中流致振動(dòng)特性研究,可以為更精確地預(yù)測(cè)微動(dòng)磨損奠定基礎(chǔ)。本文以核反應(yīng)堆中燃料元件為對(duì)象,研究帶有定位件(定位格架或繞絲)的燃料棒的流固耦合振動(dòng)行為。利用Fluent軟件計(jì)算流場(chǎng);進(jìn)行模態(tài)分析求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性;開展?jié)衲B(tài)分析,并與已公開發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的可靠性。得出如下結(jié)論:針對(duì)帶繞絲燃料棒,在低流速鉛鉍合金中,相比于真空中,其振動(dòng)頻率略微增加;而對(duì)于光棒,其振動(dòng)頻率略微降低。流體流過繞絲,其周圍湍流強(qiáng)度明顯增強(qiáng),湍流邊界層壓力波動(dòng)劇烈,受力不均,出現(xiàn)較大的等效變形。利用Fluent軟件計(jì)算流場(chǎng),通過瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)求解固體域,結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),實(shí)現(xiàn)雙向流固耦合計(jì)算,并與已公開發(fā)表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,驗(yàn)證數(shù)值方法的準(zhǔn)確性。研究帶格架燃料棒和帶繞絲燃料棒的流固耦合振動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。分析了不同參數(shù)對(duì)燃料棒振動(dòng)的影響,發(fā)現(xiàn):入口流速與振動(dòng)位移成正比;作用力波動(dòng)性與振動(dòng)位移成正比;壁面剪切力與振動(dòng)位移成反比;湍流動(dòng)能與振動(dòng)位移成正比;應(yīng)力與振動(dòng)位移成反比。利用頻譜分析、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法,發(fā)現(xiàn)兩種不同定位方式振動(dòng)頻帶相同,隨機(jī)振動(dòng)比較符合正態(tài)分布。同時(shí),利用雙向流固耦合對(duì)帶格架燃料棒束和不帶格架燃料棒束進(jìn)行了對(duì)比分析。發(fā)現(xiàn),格架的存在,導(dǎo)致徑向兩側(cè)壓力差增大,明顯加強(qiáng)了其振動(dòng)劇烈程度。選取軸向不同截面振動(dòng)后的流場(chǎng)與不考慮振動(dòng)流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析,得到振動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的截面分布特性影響很小,在熱工水力研究中可以忽略。
【圖文】：

“流致振動(dòng)”。該現(xiàn)象正受到工程應(yīng)用和基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)W堆堆芯燃料元件的流致振動(dòng)。燃料元件的振動(dòng)，導(dǎo)致更變形甚至破損出現(xiàn)放射性物質(zhì)泄漏，直接影響著核安統(tǒng)中，流致振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)發(fā)生在許多部位。堆芯燃料棒、組件等，這些振動(dòng)嚴(yán)重危害著核電站結(jié)構(gòu)完整性和運(yùn)行動(dòng)特性，有助于指導(dǎo)設(shè)計(jì)階段優(yōu)化結(jié)構(gòu)以減小流致振來的危害。燃料棒流致振動(dòng)特性是安全性能評(píng)估的一項(xiàng)核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)中充分考慮了流致振動(dòng)的影響；ASM加入了關(guān)于圓管和管群的流致振動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。國家核重點(diǎn)核安全審查項(xiàng)目。國際原子能報(bào)告指出[1]，隨著呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是依然位于較高狀態(tài)，，如圖 1.1 所示失效原因統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，由圖可得，格架-棒微動(dòng)磨損因。因此，開展堆芯內(nèi)燃料棒流致振動(dòng)特性研究對(duì)于更意義。

圖 1.2 1987-2006 年壓水堆燃料棒失效原因分析Fig.1.2 PWR Fuel rod failure causes analyses in 1987-2006現(xiàn)狀向流中圓柱結(jié)構(gòu)流致振動(dòng)研究現(xiàn)狀究的發(fā)展和工程應(yīng)用實(shí)際問題的深入，以圓柱體或圓柱殼究一直受到眾多研究學(xué)者的關(guān)注。軸向流中振動(dòng)特性的研較新的內(nèi)容，之前的研究主要是橫向流中流致振動(dòng)，其主要脫落。最初的研究，重點(diǎn)是研究結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性。關(guān)于流致oussis 團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地開展了這一領(lǐng)域的研究，理論方面，Pai長圓柱體在軸向流中的理論振動(dòng)方程，該理論方程基于之量作用力的 Lighthill[3]理論和用于計(jì)算圓柱體粘性力的 T考慮了重力和摩擦力的影響。后來 Paidoussis[5]將該理論振來，Lopes[6]等人對(duì)該方程進(jìn)行了修正，得到了懸臂圓柱體理論。隨著研究的進(jìn)一步發(fā)展，Paidoussis[7]等人的研究表
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL352

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2654229