一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法
本专利技术属于核反应堆单控制棒组件
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术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，本专利技术采用如下技术方案：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，本专利技术具有以下有益效果：1)能够在不同的控制棒组件设计参数下，方便快捷计算控制棒结构受力情况；且可以用相同方法计算燃料组件内燃料棒受力情况；2)本专利技术方法根据计算分析的需要，通过fortran语言编写子程序脚本，对此有一定知识了解的人均可实现，因此方法较为灵活、方便；3)模型独立，方法通用性强，可以适应于不同类型的流体力学计算分析程序。附图说明图1a为反应堆单控制棒组件三维几何模型中的导卡；图1b为反应堆单控制棒组件三维几何模型中的导卡及控制棒；图1c为反应堆单控制棒组件三维几何模型完整结构；图2为控制棒组件网格模型；图3为本专利技术方法流程图。具体实施方式以下结合图3所示流程图，以典型的压水反应堆中所使用的控制棒组件为例，对本专利技术作进一步的详细描述。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：通过使用salome平台中自带的几何模型模块建立三维模型，依据真实的设计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，见图1a、图1b和图1c所示；步骤2：运用salome平台自带的网格生成模块对步骤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与生成，具体分为如下步骤：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生成软件中，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，特别要对控制棒附近及导卡区域网格进行细化；步骤2-2：通过网格生成软件的结构化网格的生成功能，对步骤1中得到的单控制棒组件的三维几何模型上生成结构化网格，并得到单控制棒组件网格模型，得到的网格模型见图2；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，在此基础上编写计算区域受力角度，计算区域各角度受力大小，计算区域各角度受力密度，计算区域x轴、y轴、z轴方向上总载荷大小，计算区域总载荷方向等，最后将这些数据输出并保存到文件中；步骤4：重新建立一个简单几何模型并生成网格，并对子程序脚本作适当修改，再导入计算流体力学软件CFD的code_saturne中计算，以确定步骤3所编写的子程序脚本无错误，然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的code_saturne内，在软件中设定具体边界条件和流体工况等参数，最后进行计算模拟。步骤5：通过数据分析软件paraview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。本专利技术未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n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；/n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：/n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；/n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；/n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；/n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。/n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。/n...

【技术特征摘要】
1.一种核反应堆控制棒组件的控制棒受力载荷计算方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明军，张传铭，张大林，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61