[发明专利]一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法

说明书

本发明公开了一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法，包括以下步骤：根据真实设计参数建立反应堆单控制棒组件的三维几何模型；运用网格划分软件对反应堆单控制棒组件的三维几何模型进行结构化网格划分；根据计算需要通过fortran语言编写子程序脚本；将该子程序脚本以及建立的网格模型导入到计算流体力学软件内，然后设定具体边界条件和流体工况参数，最后进行计算模拟，然后通过计算流体力学软件进行模拟计算。本发明可方便灵活模拟计算不同设计参数的控制棒的受力情况，并可用同样方法模拟燃料组件中燃料棒的受力载荷，避免了其他冗杂的工作。

技术领域

本发明属于核反应堆单控制棒组件技术领域，具体涉及到一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法。

背景技术

控制棒组件是核反应堆的关键部件，能够实现提高或降低反应堆功率；实现反应堆快速或紧急停堆，并保持一定的热停堆反应性裕度；补偿由于功率再分布和变工况时的瞬态氙效应所引起的反应性变化；补偿燃料和慢化剂温度效应引起的反应性亏损。因此，将控制棒形状保持在正常状态对反应堆的安全至关重要。然而，控制棒导向管内部的几何结构非常复杂，导致了复杂的流场。控制棒上的液压力可以驱动控制棒产生高频振动，从而导致控制棒与导卡之间产生磨损。因此，考虑到控制棒组件会在核反应堆堆芯内要长时间运行，控制棒的完整性会受到一定危害。此外，控制棒导管内的横向流动也增加了控制棒与控制棒导卡之间的摩擦力，增加了控制棒的落棒时间，在事故情况下反应堆需要尽快停堆时，这是非常危险的。并且，当控制棒在长期横向流动环境下发生弯曲，可能导致控制棒不能顺利插入到反应堆堆芯。因此，非常有必要研究控制棒导向管内的流动特性，尤其是控制棒导向管上的受力情况。

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一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法，该方法能够在不同设计参数控制棒组件的基础上，运用fortran语言编写所用子程序脚本的方法实现不同设计参数控制棒组件情况下模拟计算控制棒受力情况。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法，包括如下步骤：

步骤1：使用几何模型软件，依据所要计算模型的真实的设计参数创建反应堆单控制棒组件三维几何模型，此三维几何模型中包括三个连续并靠近的导卡、一段完整的控制棒导管和24根控制棒；

步骤2：运用网格划分软件对步骤1中得到的反应堆单控制棒组件三维几何模型进行结构化网格划分，分为如下步骤：

步骤2-1：将步骤1中得到的反应堆单控制棒组件三维几何模型导入到网格划分软件中，并进行网格分布率、边界类型以及边界层网格分布率参数的设置；

步骤2-2：通过网格划分软件的结构化网格的生成功能，在步骤1中得到的反应堆单控制棒组件三维几何模型上划分结构化网格，并得到单控制棒组件网格模型；

步骤3：使用流体力学计算软件中的用户自定义函数工具，根据计算分析的需要及反应堆单控制棒组件三维几何模型的具体参数，使用fortran语言编写相应子程序脚本，为计算控制棒表面受力情况，先定义所需变量名称及其数据类型，然后在子程序主体中调用流场内部控制棒表面处各划分区域压力值及划分区域面积，然后将该压力值与面积相乘得到该区域受力载荷，在此基础上计算总载荷及载荷密度，最后将这些数据输出并保存到文件中；

步骤4：在确定步骤3所编写的子程序脚本无错误后，将该子程序脚本及步骤2中得到的单控制棒组件网格模型导入到计算流体力学软件内，然后在计算流体力学软件中设定具体边界条件和流体工况参数，最后进行计算模拟。

步骤5：通过数据分析程序处理步骤4计算的结果得到数据文件，并分析得到的数据文件，得到沿轴向各角度各高度上控制棒载荷大小、方向、密度。

和现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：