[发明专利]针对钠冷快堆单根组件热变形的模拟方法

说明书

一种预测钠冷快堆单根组件热变形的模拟方法，1、确定组件的三维温度场数据、几何参数以及物性参数，2按二维数组排列三维温度场数据并进行合理差值，3、对组件的横截面进行离散化处理，将其离散为12个计算单元，4、求解每一个离散单元的静矩，5、求解每一个离散单元的热应变，推算每个离散单元的热弯矩以及该轴向节点的总热弯矩，6、推算每个轴向节点的横向热变形位移，7、推算该轴向节点的热轴力，8、推算每个轴向节点的轴向热变形位移，9、获得组件在三维空间内的热变形情况。

技术领域

本发明涉及钠冷快堆单根组件热变形技术领域，具体涉及一种针对钠冷快堆单根组件热变形的模拟方法。

背景技术

钠冷快堆中的组件在整个钠冷快堆的运行过程中占有非常重要的地位。在钠冷快堆的运行过程中，燃料组件的活性区中会发生裂变反应释放大量的热量，而燃料组件周围充当冷却剂的钠会通过流动的方式将燃料组件内裂变反应释放的热量带出堆芯外。在我国自主设计研发的钠冷快堆中，由于中子通量分布不均、燃料富集度差异以及冷井等多重因素的影响，快堆中组件释热功率分布是不均匀的，并且在堆芯内部不同组件区域的温度差异非常大。对于堆芯中的某一根组件而言，由于其与毗邻组件的间隙非常小，因此该组件的温度场分布会受到毗邻组件温度场分布的影响，导致在该组件的不同高度以及组件的不同周向方向上温度分布也会有较大的区别。在不均匀温度场的作用下，组件局部的热膨胀特性会出现较大的差异，从而使得组件发生热弯曲变形。组件发生热弯曲变形后就会通过垫块与周围的毗邻组件发生接触。如果弯曲变形量较大的话随之产生的接触力也会变大，这样会给钠冷快堆的安全运行带来不利影响，如增加组件插拔力、组件倒换困难、加速组件破损、堆芯象限功率倾斜等。

由于钠冷快堆中的组件变形现象在快堆安全分析中占有非常重要的地位，并且组件的弯曲变形通常在毫米的量级，弯曲变形量通过实验的方式难以进行测量。基于上述原因，需要研发钠冷快堆组件的热变形模拟技术来预测组件在快堆堆芯中的热变形行为，从而为快堆组件的安全分析提供充分的理论依据。

由于我国钠冷快堆组件在结构设计上具有特殊性，因此必须开发出适用于我国钠冷快堆的组件热变形分析的模拟技术来满足相应的快堆组件安全分析。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供针对钠冷快堆单根组件热变形的模拟方法，通过组件的热力耦合本构关系式来预测组件在不均匀三维温度场分布中的热变形情况。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种针对钠冷快堆单根组件热变形的模拟方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据用户需求，输入目标组件的物性参数以及几何参数，物性参数包括组件的杨氏模量以及热膨胀系数,几何参数包括组件的长度，套管厚度以及外套管的对边距；

步骤2：输入目标组件的三维温度场数据：三维温度场数据以矩阵的形式给出，其中列标为组件轴向不同位置温度采样点的标高，行标为在组件某一固定标高处进行温度采点的具体位置标记；获得三维温度场数据以后采用插值方法获得轴向均匀分布的温度场数据从而满足计算的输入条件；

步骤3：对于目标组件的截面进行离散化处理，将其分为12个关于z轴对称的单元，并通过下式获得12个离散的截面单元的静矩即一阶矩；

其中：

A₁到A₁₂为每一个离散单元的横截面积；

z为离散单元的积分域到z轴的距离；

由于组件的截面为中心对称图形，因此在同一横截面上各离散单元之间存在如上所示的关系，因此只需求解相邻的三个离散单元的静矩值即可通过几何关系推得所有12个离散单元的静矩值；

其中相邻的三个离散单元静矩的计算方法如下所示：