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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：一种气冷堆带绕丝燃料棒流致振动的分析方法，根据绕丝定位方式的燃料棒进行建模，分别针对流体域以及固体域划分网格，并设置流固耦合交界面；流体域部分计算前调用氦气物性关系式，在流固耦合交界面上监测燃料棒表面的平均压力随时间的变化趋势。流体域采用大涡模拟模型，并选择WALE模型作为亚格子应力模型，进行瞬态计算，直至收敛。固体域部分设置固定端面，将流体域压力场加载到流固耦合交界面上，直至固体域每个时间步的有限元计算达到收敛；对流体激振力以及振动位移进行频域功率谱密度函数分析。本发明为气冷反应堆绕丝定位燃料棒束的流致振动以及振动导致的微动磨损问题提供了评估与指导。

主权项：1.一种气冷堆带绕丝燃料棒流致振动的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：绕丝棒束组件几何模型建模：根据绕丝定位方式的燃料棒组件进行建模，包括流体域和固体域两个部分，获得带绕丝棒束组件流动通道三维几何，以及绕丝棒束组件结构三维几何；步骤2：对带绕丝棒束组件流动通道三维几何进行网格划分以满足后续的大涡模拟模型即LES模型的要求，具体步骤如下：步骤2-1：采用多面体与棱柱层混合网格的方法初步划分流体域网格，以满足壁面y+小于1的要求；步骤2-2：划分不同尺寸的网格，并用RANS模型在相同的边界条件下进行模拟计算进行网格无关性分析，确定满足计算的最小网格数；步骤2-3：使用RANS模型的计算结果估算满足LES模型的网格尺寸，具体公式如下：Δ＝maxλ,L101式中，Δ——网格尺寸m，，λ——泰勒围观尺度m，L——湍流能量长度尺度m；计算表达式分别为： 式中，k——湍动能m2·s-2,ν——运动粘度m2·s-1,ε——能量耗散速率；步骤2-4：按照估算的网格尺寸重新划分流体域网格；步骤3：对固体域即绕丝棒束组件结构三维几何进行网格划分，并进行网格无关性分析；步骤4：绕丝棒束组件流动通道CFD计算：采用计算流体动力学方法进行流体域计算，获得瞬态计算时长内每个时间步的压力场以及速度场，具体分为以下步骤：步骤4-1：输入燃料棒束通道入口的初始速度和初始压力作为稳态计算初始值，并采用RANS模型作为稳态计算的湍流模型；步骤4-2：调用氦气物性参数表，按照气冷堆堆芯正常工况下的温度选择氦气的密度、比热容、导热率和粘度，进行稳态计算，直至稳态计算达到收敛，获得燃料棒束通道稳态压力场和速度场，作为瞬态计算的初始值；步骤4-3：流体域瞬态计算时的湍流模型采用LES模型，过滤方式采取盒式过滤，亚格子应力模型选择WALE亚格子应力模型，进行瞬态计算，直至流体瞬态计算残差达到0.001的收敛条件，计算获得流体随时间变化的压力场；步骤5：流固耦合交界面压力和剪切应力分布分析：将每个时间步的流体激振力的值通过周期图法进行频域分析，获得流体激振力的功率谱密度函数的结果，并且输出每个时刻燃料棒表面每个轴向位置的压力以及剪切力的值，分析压力和剪切力对绕丝定位燃料棒的影响；步骤6：绕丝棒束组件流致振动时域分析：将流体域计算获得的流体随时间变化的压力场加载到流固耦合交界面上，并将燃料组件轴向两端固定，进行固体域计算，分别选取棒束的中间位置燃料棒以及周围其中一根燃料棒进行分析计算，直至每个时间步的有限元计算达到收敛，获得每个时间步的不同位置的燃料棒表面不同点的振动位移；步骤7：绕丝棒束组件流致振动频域分析：将每个时间步的不同位置的燃料棒表面不同点的振动位移通过周期图法进行频域分析，获得振动位移的功率谱密度函数的结果；步骤8：绕丝棒束组件固有频率分析：通过预应力模态分析，获得绕丝棒束组件各阶固有频率；并将步骤7的频域分析结果与固有频率结果相比较，分析不同位置燃料棒的振动与固有频率的关系。

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