一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。分析提供了支持和依据。

【技术实现步骤摘要】
一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法


[0001]本专利技术属于流体力学
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，该公式广本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：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。2.如权利要求1所述的一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，其特征在于：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；基本假设为，流体无粘性；忽略重力作用；流体流速小于声速；所考虑的频率低于相干频率，即相干频率定义为流体介质中的声波波长等于圆柱壳的轴向弯曲波长时的频率；近似设定为，单模态近似，即忽略筒体振动的主频率与高阶模态频率之间的耦合作用，实际位移是由主频率主导的，a筒不同模态之间的耦合作用忽略。3.如权利要求1所述的一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，其特征在于：所述步骤二，建立流体方程，并将流体压力沿周向及轴向展开；间隙流体压强场的波动方程：其中，为拉普拉斯算子，C为水中的声速，t为时间；p为流体内部某一点的压力、r为流体内部某一点的径向位置、θ为流体内部某一点的周向角度、z为流体内部某一点的轴向高度；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，表达式如下：其中，e为自然对数，i为虚数标志，ω为振动角频率；n为从0开始的正整数，k为从1开始的正整数；其他参数定义如下：其中，A
nk
和B
nk
是与边界条件相关的常数，L为间隙流体的液位；
α
k
定义为：其中，l
k
为将公式(2)带入公式(1)所得到的特征值。4.如权利要求1所述的一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，其特征在于：所述步骤三，选择壳体的振型函数；为a筒法向的广义坐标，为b筒法向的广义坐标，为筒体a的第α阶振型，为筒体b的第β阶振型；选用固定-自由边界条件的筒体一般的振型函数，筒体a的振型函数为：其中，Ψ
n
为周向的振型函数，Ψ
k
为轴向的振型函数，并采用如下表达式：其中，其中，其中，选用筒体a的振型函数，可以得到筒体b的振型5.如权利要求1所述的一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，其特征在于：所述步骤四、将边界条件及压力表达为满足壳体振型函数的表达式；流固接触面上的边界条件：其中，ρ为流体密度，w
a
为筒体a的法相位移，w
b
为筒体b的法向位移；将w
a
和w
b
分别在筒体a和筒体b的振型上展开成如下表达式：
将振型和用(3)式中的Θ
n
e
k
作为基函数，做γ项展开：其中，为振型与按照基函数Θ
n
e
k
展开的第γ项，为振型与的内积，为振型与的内积：其中积分区域Ω为间隙流体区域；将(2)式也做以Θ
n
e
k
为基函数的γ项展开：其中，p
γ
(r)＝A
γ
I
γ
(r)+B
r
K
γ
(r)
ꢀꢀꢀ
(11)将(10)式和(7)式带入(6)式，导出A
nk
和B
nk
，再带入(11)式即可得到第γ项展开的压力表达式：其中，其中，I
γ
为第γ项对应的第一类修正贝塞尔函数，K
γ
为第γ项对应的第第二类修正贝塞尔函数，I
γ
'为I
γ
的导数，K
γ
'为K
γ
的导数；将(12)带入(10)式即可得到间隙流体压强场的分布公式。6.如权利要求1所述的一种反应堆多层同轴筒体窄缝间隙附加质量计算方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨，刘天元，周益娴，陆道纲，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：