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清华大学学报(自然科学版)  2016, Vol. 56 Issue (9): 1003-1008,1015    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.058
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球床堆燃料元件串列提升碰撞过程动力学特征
刘洪冰, 黄岸, 常保华, 王力, 都东
清华大学 机械工程系, 先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
Dynamics characteristics of collisions between fuel elements transported in tandem in a pebble-bed reactor system
LIU Hongbing, HUANG An, CHANG Baohua, WANG Li, DU Dong
Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology, Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(2302 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 球床堆采用气力输送方式实现球形燃料元件在堆芯外数十米垂直管路中的提升。通过向管路中先后加入2个燃料元件,可以实现串列提升模式,进而提高燃料元件的输送效率。在提升过程中,燃料元件之间会发生碰撞。研究燃料元件碰撞过程的动力学特征,可以为分析串列提升模式的可行性和可靠性提供重要基础。该文基于计算流体力学研究了提升管路内的流场特征,对燃料元件进行了受力分析,在此基础上建立了燃料元件提升过程的动力学模型,研究了燃料元件的动力学特征。研究结果表明:燃料元件之间的碰撞力不会导致其发生破损;经历几次碰撞后,2个燃料元件会被一起提升,提升过程稳定,提升效率较高。在有机玻璃实验平台上开展实验,实验结果验证了串列提升模式的可行性。研究结果为燃料元件气力输送提供了基础,也为球床堆设计提供了依据。
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刘洪冰
黄岸
常保华
王力
都东
关键词 反应堆流体力学球床堆动力学气力输送燃料元件    
Abstract:Spherical fuel elements are lifted pneumatically into an array of tubes outside the core in a pebble-bed reactor with the flow in the tubes perpendicular to the flow in the core. Sometimes two fuel elements are very close in the pipeline so they are transported in tandem, which increases the fuel element transportation efficiency. When lifted, the fuel elements may collide with each other with the characteristics of these collisions providing an important basis for evaluating the reliability of the transport system. This study analyzed the flow characteristics in the pipeline using computational fluid dynamics to determine the forces on the fuel elements. A dynamic model of the fuel elements was then developed to describe the impact characteristics. The results demonstrate that the collision force will not damage the fuel elements and that the fuel elements will be lifted together after several collisions. The lifting process is steady and the lifting is efficient. Experimental tests validate the accuracy of the theoretical analysis. This research provides a basis for designing pneumatic transport systems for fuel elements in pebble-bed reactors.
Key wordsreactor fluid mechanics    pebble-bed reactor    dynamics    pneumatic transportation    fuel element
收稿日期: 2016-04-30      出版日期: 2016-09-22
ZTFLH:  TL334  
通讯作者: 都东,教授,E-mail:dudong@tsinghua.edu.cn     E-mail: dudong@tsinghua.edu.cn
引用本文:   
刘洪冰, 黄岸, 常保华, 王力, 都东. 球床堆燃料元件串列提升碰撞过程动力学特征[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(9): 1003-1008,1015.
LIU Hongbing, HUANG An, CHANG Baohua, WANG Li, DU Dong. Dynamics characteristics of collisions between fuel elements transported in tandem in a pebble-bed reactor system. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2016, 56(9): 1003-1008,1015.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2016.21.058  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2016/V56/I9/1003
  图1 燃料元件受力及运动示意图
  图2 网格划分(仅展示壳网格)
  表1 仿真参数
  图3 Δs=2mm、Δv=2m/s时的速度矢量场
  图4 Δs=100mm、Δv=6m/s时的速度矢量场
  表2 部分Fu计算结果
  表3 部分Fd计算结果
  图5 vu随时间t的变化
  图6 vd随时间t的变化
  图7 燃料元件位移随时间t的变化
  图8 有机玻璃实验平台结构示意图
  图9 高速摄像机拍摄到的部分图像
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