快堆堆芯组件抗震分析方法研究_莫亚飞.pdf

第31卷第3期核科学与工程Vol.31No.3
2011年9月ChineseJournalofNuclearScienceandEngineeringSep.2011

快堆堆芯组件抗震分析方法研究

莫亚飞,文静,李海龙

(中国原子能科学研究院,北京102413)

摘要:快堆堆芯组件的抗震安全评价是国家核安全局审评的重要内容,也是中国实验快堆(CEFR)取得
装料许可证的必要条件之一。本文使用有限元分析软件CAST3M[1],首先对堆芯单排组件在空气中及
液钠中进行抗震响应分析,经比较可以看出,考虑流固耦合作用对计算结果的影响非常显著。在此基础
上,对液钠及组件进行单独建模,考虑流固耦合的作用,对二维单排反应堆堆芯组件模型进行水平地震
激励下的动态分析,得到组件各时刻的位移响应及组件之间和组件与围板之间的碰撞力响应。经过计
算结果的比较,可看出本文中的计算方法及结果是可接受的。对堆芯组件在地震下的结构完整性、控制
棒的可插入性等评价提供输入,同时为堆芯的设计优化提供建议和参考,对中国原型快堆的设计也具有
一定的参考意义。
关键词:CAST3M;流固耦合;堆芯组件
中图分类号:TL32文献标志码:A文章编号:0258-0918(2011)03-0238-08

TheFSIseismicanalysisforFBRcoreassemblies

MOYa-fei,WENJing,LIHai-long

(ChinaInstituteofAtomicEnergy,Beijing102413,China)

Abstract:Safetyevaluationundertheearthquakeofassemblyisoneofthemostimportant
issues,whichispaidgreatattentionbyNationalNuclearSafetyAdministratioin.Inthepaper,
firstly,themodeandseismicresponsesofonerowassembliesareresearchedbythefinite
elementmethodCAST3M.Bycomparison,theFSIinfluenceisverynotable.Basedonthis,
consideringtheFSIinfluence,thedynamicresponsesof2Donerowassembliesunderthe
horizontalseismicloadareresearched,andthedisplacementandimpactforcebetween
assembliesarecalculated,whichwillofferinputforstructuralintegrityestimate,and
importantreferencedmeaningforCDFRdesign.
Keywords:CAST3M;FSI;coreassemblies

在海洋、船舶、航空和核动力等工程领域,都会遇到流体与结构相互作用的问题,简称为

收稿日期:2011-07-22;修回日期:2011-08-20
作者简介:莫亚飞(1979—),女,浙江湖州人,工程师,硕士,从事反应堆结构力学分析工作
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流固耦合问题,流体和结构之间的耦合作用对括燃料组件(FA)、乏燃料组件(SFA)、中子源
结构特性的影响非常显著。快堆堆芯组件的抗组件(NS)、钢屏蔽组件(SS)、硼屏蔽组件
震安全评价是堆芯设计的重要组成部分,而其(BS)、控制棒CR(安全棒、调节棒、补偿棒)组
是由浸没在流体中的管阵构成的,因此流固耦件6大类组件,总体结构基本上沿东西方向轴
合影响是不可忽视的。线对称。堆芯所有组件完全浸没在液钠中。堆
本文采用有限元分析程序CAST3M[1],在芯组件的最外侧布置有围板和围筒。
考虑流固耦合作用下对反应堆堆芯进行抗震分所有堆内组件外形尺寸均相同,主组件的
析,得到地震作用下的堆芯组件变形及组件间管脚插放在栅板联箱的同一高度体部分呈正六
的碰撞力等,对堆芯在地震下的结构完整性、反边形,对边距59mm,组件排列为蜂窝状,中心
应性变化、控制棒的可插入性等评价提供输入,距61mm。所有的插孔内,头部为自由端,上
同时为堆芯的设计优化提供建议和参考,对中部由位于组件侧面的定位块(TopPad)径向定
国原型快堆的设计也具有一定的参考意义[2]。位,整个组件重量由下部球座支撑承受,管脚下
部插在管座中。为了防止燃料组件因温度升高
1CEFR堆芯结构简介
而向堆芯中心弯曲,在燃料组件上转换区的上
CEFR堆芯由初始装料状态经过多次换料部即靠近组件的中部高度另加有定位块
后达到平