芯体多孔结构对单片式燃料元件辐照热-力耦合行为的影响研究

芯体多孔结构对单片式燃料元件辐照热-力耦合行为的影响研究

论文摘要

在中子辐照的环境中,由于裂变气体产物的产生, UMo燃料芯体将演化为多孔结构,孔隙率和孔压随着燃耗增长而不断变化,促使单片式燃料元件内产生复杂的多尺度辐照热力耦合行为.本文针对UMo/Al单片式燃料元件,基于考虑芯体亚晶化及外界静水压力相关性的裂变气体肿胀模型,建立了芯体孔隙率随燃耗演化的理论模型,进一步考虑孔隙率及孔压影响建立了芯体/包壳界面微观正应力计算模型.将芯体孔隙率演化模型引入燃料元件多尺度辐照热力耦合行为的三维有限元模拟,实现了温度和孔隙率与芯体热传导率的实时关联,获得了辐照过程中燃料元件内热-力学场量的分布及演化规律,计算分析了孔隙率对燃料元件温度、变形、芯体/包壳界面微观正应力所产生的影响,并考察了燃料元件表面热交换系数对其辐照热-力耦合行为的影响,获得了芯体/包壳界面破坏的重要影响因素.

论文目录

  • 1 引言
  • 2 辐照工况条件
  • 3 辐照环境下的材料热-力学性能模型
  •   3.1 UMo合金
  •   3.2 Al6061合金
  • 4 理论模型
  •   4.1 应力更新算法
  •   4.2 孔隙率随燃耗的演化模型
  •   4.3 芯体/包壳界面微观正应力的计算模型
  • 5 有限元模型
  • 6 结果与讨论
  •   6.1 芯体孔隙率的分布和演化规律
  •   6.2 燃料元件的变形
  •   6.3 燃料元件温度场的分布和演化
  •   6.4 燃料元件的宏观界面正应力和界面微观正应力
  •   6.5 热交换系数对燃料元件辐照热-力耦合行为的影响
  • 7 结论
  • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 严峰,孔祥喆,丁淑蓉,何大明,李垣明,陈平,周毅

    关键词: 单片式燃料元件,中子辐照,裂变气体肿胀,辐照蠕变,多孔结构,界面破坏机理

    来源: 中国科学:物理学 力学 天文学 2019年11期

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 核科学技术

    单位: 复旦大学航空航天系力学与工程仿真研究所,中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室

    基金: 国家自然科学基金(编号:11572091,11772095),国家重点研发计划(编号:2016YFB0700103),中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室项目资助

    分类号: TL352

    页码: 66-81

    总页数: 16

    文件大小: 1654K

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