快堆主容器及堆内构件流固耦合动力学相似理论数值验证

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钠冷快堆是我国在研的第四代先进核反应堆堆型。快堆的堆本体为池式结构,具有体积大和壁薄的特点,且主容器内还装有近1700吨的液钠。在发生地震的情况下,液态钠会产生晃动,进而与主容器壁和堆内构件产生流固耦合效应,其产生的脉冲压力可能会对堆本体的结构产生破坏。因此,在进行快堆堆本体的抗震设计时,考虑液体晃动带来的流固耦合作用是十分必要的。在前人关于堆本体流固耦合作用的研究中主要依据ASME提供的经验公式和数值模拟,经验公式只适用于简单环域,并不能准确应用到复杂的快堆主容器设计中,数值模拟也缺少试验验证来保证模拟的可靠性,因此开展抗震试验很重要。此外,对于快堆堆本体这种大型建筑,进行1:1比例模型试验是非常困难的,只能开展缩比模型试验。在以往的流固耦合作用缩比模型试验中,大多数不能严格保证弗洛德数相等,及原型和模型的加速度相似比为1,这样对缩比模型进行试验所得到的数据并不能精确推导到原型中去,因此在设计缩比模型时既需要考虑流体作用相似,结构响应相似,也需要满足流固耦合作用相似。针对以上问题,本文在调研了国内外关于缩比模型的相似模化分析方法和试验方法的基础上,得到一套适用于考虑流固耦合作用的快堆堆本体抗震试验模化方法,即可以保证流体和结构相似,也可以保证流固耦合作用相似。前人在利用此模化方法开展振动台试验时,只对比了模型的数值模拟结果和试验结果,并未进行模型与原型的结果对比,也没有考虑流体的阻尼效应。为验证上述模化方法的可靠性,本文依照该方法,针对快堆本体结构特点,分别设计了两个试验缩比模型,比例尺为1:2。在这两个模型中,流体与结构的重量比也保证与原堆相似。利用试验的方法获得了液体在快堆主容器中晃动的阻尼比,作为数值计算的输入项。利用软件ANSYS APDL软件对这两个模型进行了模态分析和瞬态分析,比较了数值模拟的结果,结果表明,两个模型的地震动响应参数满足上述理论准则,从而通过数值模拟的方法论证了该模化方法的可行性。该模化方法可为快堆堆本体抗震试验提供理论依据,该阻尼比可以应用到快堆原型的计算中,为快堆堆本体流固耦合效应计算提供了试验依据。
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