[发明专利]一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法

说明书

本发明属于流体力学技术领域，具体涉及一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，包括步骤一、给出模型参数、假设和近似；步骤二、建立流体方程，并将流体压力沿周向及轴向展开；步骤三、选择壳体的振型函数；步骤四、将边界条件及压力表达为满足壳体振型函数的表达式；步骤五、求解附加质量；本方法能够实现三维梁式及多种三维壳式振型的附加质量的计算。相比于美国机械工程师协会给出的二维方法的公式，本发明提供的计算策略可以大大降低梁式振型的附加质量，解决过保守的问题；并解决了单端简支边界条件的同轴筒体尚无壳式振型附加质量解析解的问题，为反应堆设计和安全分析提供了支持和依据。

技术领域

本发明属于流体力学技术领域，具体涉及一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法。

背景技术

池式反应堆，如池式快堆，结构具有尺寸大、壁薄的特点，因而刚度相对较低，所以反应堆抗震设计、分析及验证是反应堆安全评价的重点关注问题。反应堆内部是一个很复杂的体系，除了有堆芯，还有热交换器和主泵等许多复杂的结构，为了保护设备不承受过高的温度，这些关键设备都由多层金属热屏所包围。这些热屏及设备之间存在微小的间隙，并填充了冷却剂。地震或流体冲刷引起的振动使得设备与支撑筒之间发生流固耦合作用，改变结构固有振动特性，这对于反应堆的设备安全至关重要。

结构抗震设计中，一般采用流体附加质量的方法来代替复杂的流固耦合作用。该方法是基于势流理论，将结构所受到的流体力简化为与结构运动加速度相关的惯性力，并将这个惯性力的系数称作附加质量，并将该质量附加在结构上进行抗震设计。

美国机械工程师协会(ASME)给出了浸没在流体中的无限长圆柱体附加质量公式，该公式广泛应用于工业的设计之中，但是该方法基于二维理论推导，结果过于保守，且仅适用于梁式振动的情形，尤其不适用于窄间隙流体的结构三维振动。

为了解决三维振动的问题，美国阿贡实验室的研究人员率先获得了双端简支的多层壳体的梁式及壳式振动的附加质量的计算方法。三维方法可以显著降低附加质量过于保守的问题，但是由于上述方法仅适用于双端简支的问题，故无法用于快堆主泵支撑筒-热屏、主容器-热屏等单端简支(悬臂梁式)的多层窄缝间隙筒体的振动。为解决单端简支三维振动的问题，本发明提供了一种用于计算反应堆多层同轴筒体窄缝间隙流体附加质量的方法。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提供一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，解决现有二维理论对于三维单端简支同轴筒体窄缝间隙流体附加质量估计过于保守的问题，从而提升反应堆设计的经济性。

本发明的技术方案如下：

一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，采用轴向梁函数和周向三角函数的组合逼近圆柱壳的振型函数，从而获得设备的附加质量；步骤一、给出模型参数、假设和近似；

步骤二、建立流体方程，并将流体压力沿周向及轴向展开；写出间隙流体压强场的波动方程，应用因式分解法，间隙流体压强场写成沿圆柱坐标系周向n 阶展开，其中n为周向波数，沿圆柱坐标系轴向k阶展开，其中k为轴向波数；

步骤三、选择壳体的振型函数；选用固定-自由边界条件的筒体的振型函数；

步骤四、将边界条件及压力表达为满足壳体振型函数的表达式；给出流固接触面上的边界条件，得到间隙流体压强场的分布公式；

步骤五、求解附加质量；写出振动的运动方程，求得附加质量面密度，获得附加质量。

所述步骤一，给出模型参数、假设和近似；

两个筒体底端简支，顶端无约束，内筒a的半径R_a，长度L_a；外筒b的半径 R_b，长度L_b；间隙流体的液位L，流体密度ρ和声速C；假定b筒体为刚性；