反应堆冷却剂系统动力分析流体附加质量研究

齐欢欢， 姜乃斌， 吴万军， 黄旋， 叶献辉， 曾忠秀

（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，成都610041）

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核电厂在设计过程中，需要进行极限事故分析。安全停堆地震以及冷却剂丧失事故（LOCA）等是核电厂设计中假想极限事故。根据美国核管会（USNRC）SRP[1]的要求，需要对反应堆冷却剂系统、设备以及部件等进行安全停堆地震及冷却剂丧失事故瞬态动力分析，以校验设备、支承和部件等设计是否满足相关规范的要求。开展瞬态动力分析，首先需要建立结构的动力分析模型，准确模拟分析结构的动力特性。在动力载荷作用下，反应堆冷却剂系统中存在诸多流体与固体耦合现象，比如燃料组件之间、吊篮与燃料组件之间、压力容器筒体与吊篮之间，以及蒸汽发生器传热管束之间均存在流固耦合现象。

流固耦合问题的历史可以追溯到19世纪初，当时Stoke[2]研究了一个无限长圆柱体在无限流体介质中的均匀加速问题。他得出的结论是：流体对圆柱体运动仅有的影响是增加了它的有效质量。Stoke早年的这种引入附加有效质量的基本概念和做法极大地影响了流固耦合分析理论以后的发展。现代流固耦合分析开始于20世纪50年代，最早进行航天运载器中液体燃料容器的分析研究，而对于核工程领域，最著名的是Fritz和Kiss[3]关于同心圆柱体摆动运动的研究报告，其中流体介质是有限的，固体是刚性的。自20世纪70年代以来，人们开始研究流体和弹性体间的流固耦合问题。……