[发明专利]乏燃料贮存格架流固耦合参数振动台测量装置及方法

说明书

本发明公开了属于核电能源技术领域的一种乏燃料贮存格架流固耦合参数振动台测量装置及方法。所述测量装置采用单个格架模型和双格架模型，分别研究格架与水池、格架与格架之间的流固耦合效应；该装置水池的底座卡入振动台中部的槽中，并用螺钉固定连接；测量方法是单格架试验与双格架试验共用同一个水池，在两个单格架之间放置一个可移动的隔板在水池侧壁安装视窗，采用激光位移传感器测量格架的位移；在水池侧壁安装压力传感器，测量格架与水池之间的流体作用力，得到测量格架支脚摩擦系数、格架侧壁的流体压力和在地震条件下，格架产生滑移、倾覆时的位移时程曲线。本发明为有限元数值模拟提供试验验证和在地震情况下乏燃料贮存格架的安全性。

技术领域

本发明属于核电能源技术领域，特别涉及一种乏燃料贮存格架流固耦合参数振动台测量装置及方法。

背景技术

从核电站反应堆卸出的乏燃料具有很强的放射性，需要在乏燃料水池中存放很长的时间，并且随着长时间的贮存，乏燃料水池中会形成大量贮存的现象，因此保证乏燃料贮存格架和水池在任何情况下的安全性是十分必要的。乏燃料贮存格架为抗震I类设备，被设计成自由支撑形式，与地面和池壁均不固定连接，在地震载荷下，必须要保证乏燃料水池和贮存格架的结构完整，不发生任何倾覆、滑移、变形和破损。对格架进行地震载荷下的滑移、倾覆现象的研究时，格架底部与地面之间的摩擦系数是影响格架倾覆和滑移的关键，采用振动台试验法，求出格架底部支脚与地面之间的摩擦系数，再将摩擦系数这个参数附加到格架的有限元分析程序中，进而对格架状态进行评估。由于乏燃料贮存格架与水池壁面之间的间隙较小，在地震载荷的作用下，格架周围流体会产生加速度从而产生附加质量力，此时的流体力会比较大，因此需要考虑流体作用力的效应。

国外对乏燃料贮存格架流固耦合特性研究比较全面，提出了三维乏燃料格架动态流固耦合理论模型。并通过实验以及CFD软件模拟来验证多格架流体耦合模型的正确性，但是其参数的选取还有不确定性。而国内的相关研究比较匮乏，主要是采用有限元模拟，其流固耦合效应采用了水动力质量来考虑，得到的附加质量与附加阻尼等动力学特性参数比较保守，且缺乏实验数据。

发明内容

本发明的目的是提出一种乏燃料贮存格架流固耦合参数振动台测量装置及方法，其特征在于，所述乏燃料贮存格架流固耦合参数振动台测量装置采用单个格架模型和双格架模型，分别研究格架与水池、格架与格架之间的流固耦合效应；该装置水池的底座卡入振动台中部的槽中，并用螺钉固定连接；在水池侧壁安装视窗、激光位移传感器和压力传感器；单格架试验与双格架试验共用同一个水池，即在水池中放置两个结构相同或不同的单格架，两个单格架之间放置一个可移动的隔板。

所述可移动的隔板，在当对单格架进行测量时，移动水箱内的隔板，调整水箱大小；当测量双格架时，将隔板移动至水箱边缘。

所述水箱的尺寸通过隔板微调，保证不同格架类型的间隙与原型相似；并且试验中考虑了乏燃料贮存格架内部燃料组件的作用。

所述乏燃料贮存格架流固耦合参数振动台测量装置的乏燃料贮存格架流固耦合参数测量方法，包括(1)测量格架支脚摩擦系数；(2)格架侧壁的流体压力；(3)在地震条件下，格架产生滑移、倾覆时的位移时程曲线；具体步骤：

在实验中，单格架试验与双格架试验共用同一个水池，即在水池中放置两个结构相同或不同的单格架，两个单格架之间放置一个可移动的隔板；当对单格架进行测量时，移动水箱内的隔板，调整水箱大小，当测量双格架时，将隔板移动至水箱边缘。另外水箱的尺寸通过隔板微调，保证不同格架类型的间隙与原型相似；并考虑了乏燃料贮存格架内部燃料组件的作用；因此根据相似模化准则，通过对原组件的简化，乏燃料组件试验模型与原型质量相似，附加质量相似；测量方法是在水池侧壁安装视窗，采用激光位移传感器测量格架的位移；在水池侧壁安装压力传感器，测量格架与水池之间的流体作用力，测量得到格架上部相对于水池的位移P1；格架底部相对水池的位移P2；水池相对于地面的位移P3；其中，

单格架的试验通过对振动台施加正弦波、地震波，测量格架的响应，从而研究格架与水池的流固耦合作用；