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高产额脉冲堆爆发脉冲过程力学特性数值模拟

陈硕 郑春 杜金峰

陈硕, 郑春, 杜金峰. 高产额脉冲堆爆发脉冲过程力学特性数值模拟[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 056004. doi: 10.11884/HPLPB201931.180347
引用本文: 陈硕, 郑春, 杜金峰. 高产额脉冲堆爆发脉冲过程力学特性数值模拟[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 056004. doi: 10.11884/HPLPB201931.180347
Chen Shuo, Zheng Chun, Du Jinfeng. Numerical simulation of stress properties on high-yield fast-neutron-burst reactor in super-prompt-critical condition[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 056004. doi: 10.11884/HPLPB201931.180347
Citation: Chen Shuo, Zheng Chun, Du Jinfeng. Numerical simulation of stress properties on high-yield fast-neutron-burst reactor in super-prompt-critical condition[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 056004. doi: 10.11884/HPLPB201931.180347

高产额脉冲堆爆发脉冲过程力学特性数值模拟

doi: 10.11884/HPLPB201931.180347
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11775197

详细信息
    作者简介:

    陈硕(1993—), 男,硕士研究生,从事快中子脉冲堆安全研究; chenshuo_lice@163.com

    通讯作者:

    郑春(1971—), 男,研究员,从事辐射测量和临界安全研究; zhengchun@caep.cn

  • 中图分类号: TL411

Numerical simulation of stress properties on high-yield fast-neutron-burst reactor in super-prompt-critical condition

  • 摘要: 脉冲堆的性能主要受机械冲击引起的物理损伤的限制。高产额脉冲堆比CFBR-Ⅱ等金属铀脉冲堆追求更窄的脉冲宽度和更高的裂变产额,脉冲过程应力变化更加剧烈。为了获得高产额脉冲堆爆发脉冲过程中应力应变的分布,为新型脉冲堆设计和安全分析提供技术支持,基于圆柱型的铀钼合金快中子脉冲堆Godiva Ⅳ,以点堆方程以及MC(蒙特卡罗)方法对其中子产额以及功率分布进行了计算。并建立了快中子脉冲堆Godiva Ⅳ的三维模型,基于已知功率分布条件,利用有限元计算软件ANSYS Mechanical对其脉冲动态过程进行了瞬态的有限元计算,得到了Godiva Ⅳ圆柱型金属燃料在超临界脉冲爆发条件下的应力响应特性。
  • 图  1  几何模型

    Figure  1.  Geometric model

    图  2  轴向中子通量分布

    Figure  2.  Axial distribution of neutron flux

    图  3  径向中子通量分布

    Figure  3.  Radial distribution of neutron flux

    图  4  反应堆功率、温升变化曲线

    Figure  4.  Temporal variations of power density and temperature rise

    图  5  中心燃料环正应力变化

    Figure  5.  Stress variation of fuel ring

    图  6  燃料环应变变化

    Figure  6.  Deformation of the fuel ring

    图  7  中心燃料环应力分布云图

    Figure  7.  Stress distribution of the central fuel ring

    图  8  安全块应力分布

    Figure  8.  Stress distribution of safety block

    表  1  U-1.5%Mo合金物性参数

    Table  1.   Parameters of the U-1.5%Mo

    yield strength σ0.2/GPa ultimate tensile strength σu/GPa Poission’s ratio ν coefficient of thermal expansion/℃-1 heat capacity Cp/ (J·kg-1·℃-1)
    0.65 0.95 0.37 1.48×10-5 140.3
    bulk modulus K/GPa shear modulus G/GPa Young’s modulus E/GPa heat capacity Cp/ (J·kg-1·℃-1) density ρ/ (g·cm-3)
    100.77 28.7 78.60 29.4 18.47
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    表  2  ANSYS计算结果与理论解对照表

    Table  2.   Theoretical solutions and ANSYS solutions

    outer surface inner surface
    σr, p/MPa σr, b/MPa up/cm ub/cm σr, p/MPa σr, b/MPa up/cm ub/cm
    theoretical solutions 268.91 -264.08 0.060 2 0.029 2 557.81 -548.15 0.051 6 0.008 3
    ANSYS (4-node tetrahedral element) 270.85 -265.01 0.060 3 0.029 2 556.84 -548.71 0.051 6 0.008 3
    ANSYS (10-node tetrahedral element) 269.04 -263.88 0.060 3 0.029 3 555.49 -547.13 0.051 6 0.008 3
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  • [1] 贺仁辅, 邓门才. 快中子临界装置和脉冲堆实验物理[M]. 北京: 国防工业出版社, 2012.

    He Renfu, Deng Mencai. Experiments and physics on fast-neutron critical facilities and pulsed reactors. Beijing: National Defense Industry Press, 2012
    [2] Canaan R E. Dynamic response of a pulse-heated thick-walled hollow sphere: Validation of Code Numerics[R]. UCRL-ID-137326, 2000.
    [3] 梁文峰, 邱东, 杨成德, 等. 燃料元件在热冲击下基于ANSYS的动态响应仿真[J]. 科学技术与工程, 2014, 14(20): 51-55. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201420012.htm

    Liang Wenfeng, Qiu Dong, Yang Chengde, et al. Dynamic response simulation of the fuel component under thermal shock with ANSYS. Science Technology and Engineering, 2014, 14(20): 51-55 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201420012.htm
    [4] Mosteller R D, Goda J M. Analysis of Godiva-Ⅳ delayed-critical and static super-prompt-critical conditions[R]. LA-UR-09-01007, 2009.
    [5] Kimpland R H. Preliminary results of Godiva-Ⅳ Prompt Burst Modeling[R]. LA-UR-96-1498, 1996.
    [6] Wimett T F. Dynamic and power prediction in fission bursts[J]. Nuclear Science and Engineering, 1992, 110: 209-236. doi: 10.13182/NSE90-149
    [7] Hickman D P, Heinrichs D P, Hudson R. Dosimetry characterization of the Godiva reactor under burst conditions[R]. LLNL-TR-729408, 2017.
    [8] 高辉, 刘晓波, 范小强. 反应性动态加入对脉冲堆中子脉冲波形的影响[J]. 核动力工程, 2013, 34(2): 68-71. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HDLG201302015.htm

    Gao Hui, Liu Xiaobo, Fan Xiaoqiang. Effects of loading reactivity at dynamic state on wave of neutrons in burst reactor. Nuclear Power Engineering, 2013, 34(2): 68-71 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HDLG201302015.htm
    [9] 李兵, 范小强, 邓门才. 快中子脉冲堆动力学特性研究[J]. 核电子学与探测技术, 2001, 21(4): 277-280. doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2001.04.012

    Li Bing, Fan Xiaoqiang, Deng Mencai. Dynamic character research of fast neutron burst reactor. Nuclear Electronics & Detection Technology. 2001, 21(4): 277-280 doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2001.04.012
    [10] 邱东. 快中子脉冲反应堆脉冲爆发时堆体应力分布的数值模拟[J]. 核动力工程, 2004, 25(1): 74-82. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HDLG200401017.htm

    Qiu Dong. Numerical simulation of the stress distribution for fast burst reactor under pulsed operation. Nuclear Power Engineering, 2004, 25(1): 74-82 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HDLG200401017.htm
    [11] Kozlov E A, Pankratov D G, Tarzhanov V I, et al. Spall strength characteristics of a U-1.5%Mo alloy during explosive loading at various intensities[J]. Russian Metallurgy, 2010, 10: 895-903.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-01
  • 修回日期:  2019-01-25
  • 刊出日期:  2019-05-15

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