تحلیل نیروهای ارتعاشی القایی غیردائم وارد بر یک مجتمع سوخت هسته‌ای در جریان محوری مغشوش

نویسنده

پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، پژوهشکده راکتور و ایمنی هسته‌ای، تهران، ایران

چکیده

در قلب (مرکز راکتور) یک نیروگاه‌های هسته‌ای، مجموعه‌ای از میله‌های سوخت که توسط شبکه‌های نگهدارنده در کنار هم نگه داشته شده‌اند، یک مجتمع سوخت را تشکیل می‌دهند. عبور جریان خنک‌کننده از اطراف میله‌ها و ایجاد آشفتگی جریان، به‌خصوص در اطراف شبکه‌های نگهدارنده، نیروهای عرضی، ارتعاشی و غیردائم به میله‌ها اعمال می‌کند. تنش دوره‌ای ناشی از این ارتعاشات، علاوه بر خوردگی سایشی غلاف میله‌ها، باعث خستگی و کاهش استحکام مکانیکی آن‌ها خواهد شد. در این پژوهش، اندازه، دامنه و شدت نوسانات این نیروها به دست آمده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. برای بررسی اثر پره‌های مغشوش‌کنندۀ موجود روی شبکه‌های نگهدارنده، شبیه‌سازی‌ها برای دو نوع شبکۀ نگهدارنده با پره‌های مغشوش‌کننده و بدون پره‌های مغشوش‌کننده انجام شده است. مقایسۀ نتایج به‌دست‌آمده با نتایج تجربی، تطابق خوبی را نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که وجود پره‌های مغشوش‌کننده باعث افزایش حدود 17% در افت فشار می‌شود. نیروهای واردشده بر شبکۀ نگهدارنده که در پایین‌دست جریان قرار دارد، 10% کمتر از نیروهای واردشده به شبکۀ نگهدارندۀ بالادستی است. آنالیز نوسانات نیروهای واردشده به مجتمع سوخت نشان می‌دهد که دامنۀ ارتعاشات در فرکانس‌های کمتر از 300 هرتز، نسبتاً بالاست.

کلیدواژه‌ها


1] Pittard, M. T., Evans, T. P., Maynes, R. D. and Blotter, J. D., "Experimental and numerical investigation of turbulent flow induced pipe vibration in fully developed flow", Review of Scientific Instruments", Vol. 75, No. 7, pp. 2393-2401, 2004. [2] Zhang, J., Xu, G., Liu, F., Lian, J. and Yan, X., "Experimental investigation on the flow induced vibration of an equilateral triangle prism in Water", Applied Ocean Research, Vol. 61, pp. 92-100, 2016. [3] Korkischko, I. and Meneghini, J. R., "Experimental investigation of flow-induced vibration on isolated and tandem circular cylinders fitted with strakes", Journal of Fluids and Structures, Vol. 26, No. 4, pp. 611-625, 2010. [4] Franzini, G., Fujarra, A. L. C., Meneghini, J. R., Korkischko, I. and Franciss, R., "Experimental investigation of vortex-induced vibration on rigid, smooth and inclined cylinders", Journal of Fluids and Structures, Vol. 25, No. 4, pp. 742-750, 2009. [5] Assi, G., Meneghini, J., Aranha, J., Bearman, P., Casaprima, E., "Experimental investigation of flow-induced vibration interference between two circular cylinders", Journal of Fluids and Structures, Vol. 22, No. 6, pp. 819-827, 2006. [6] Selvakumar, K. K. and Kumaraswamidhas, L., "Experimental investigation on flow-induced vibration excitation in an elastically mounted circular cylinder in cylinder arrays", Fluid Dynamics Research, Vol. 47, No. 1, pp. 015508, 2015. [7] Shurtz, T., Maynes, D. and Blotter, J., "Analysis of induced vibrations in fully-developed turbulent pipe flow using a coupled LES and FEA approach", in Proceeding of, American Society of Mechanical Engineers, pp. 521-531, 2011. [8] CUI, Z.-d. and GUO, C.-q., "Analysis on critical flow velocities and destabilizing deflection curves of an element model for parallel-plate fuel assembly [J]", Journal of Jinan University (Natural Science & Medicine Edition), Vol. 1, pp. 002, 2005. [9] Kaja, K., Zhao, M., Xiang, Y. and Cheng, L., "Three-dimensional numerical simulations of vortex-induced vibrations of tapered circular cylinders", Applied Ocean Research, Vol. 60, pp. 1-11, 2016. [10] Jiang, X., Andreopoulos, Y., Lee, T. and Wang, Z., "Numerical investigations on the vortex-induced vibration of moving square cylinder by using incompressible lattice Boltzmann method", Computers & Fluids, Vol. 124, pp. 270-277, 2016. [11] Duan, D., Ge, P., Bi, W. and Ji, J., "Numerical investigation on the heat transfer enhancement mechanism of planar elastic tube bundle by flow-induced vibration", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 112, pp. 450-459, 2017. [12] مولایی اقدم، الهام، فخار، احمد، نوری بیگدلی، حسین، «شبیه‌‌سازی عددی انتقال حرارت و افت فشار در مبدل حرارتی پوسته و لوله با دستۀ لولۀ بیضوی»، نشریه مهندسی و مدیریت انرژی، جلد 4، شمارۀ 3، صفحه 48ـ59، 1393. [13] Jiadong, Ji., Peiqu, Ge. and Wenbo, Bi, "Numerical analysis of shell-side flow-induced vibration of elastic tube bundle in heat exchanger", Journal of Hydrodynamics, No. 30, pp:1-8, 2018. [14] Vishwanaiadong, K., S. and Balagura, S., "Analysis on Fluid-Induced Vibration and Heat Transfer of Helical Elastic Tube Bundles", Proceedings of ICDMC 2019, pp:621-635,2019. [15] Jiadong, Ji., Unmiao, Gao, Qinghua Chen, Weiqiang Chen and Jingwei, Zhang, "Analysis on Fluid-Induced Vibration and Heat Transfer of Helical Elastic Tube Bundles", Journal of thermophysics and heat transfer, pp:249-257, 2020. [16] Robet, W., Fox, Alan T. McDonald, Philip J. Pritchard and John, W., Mitchell, Introduction to Fluid Mechanics, JOHN WILEY & SONS, INC, 2015 [17] Ganjiani, H., Firoozabadi, B., "Three-dimensional simulation of turbulent flow in 3-sub channels of a VVER-1000 reactor", Scientia Iranica. Transaction B, Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 2, pp. 83, 2010. [18] Rehme, K., "The structure of turbulence in rod bundles and the implications on natural mixing between the subchannels", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 35, No. 2, pp. 567-581, 1992. [19] Karouta, Z., GU, C.-Y., Schölin, B., 3-D flow analyses for design of nuclear fuel spacer, pp. 1995. [20] عسگری قورتانی، مجید، طالبی، منصور، عبدی، محمدرضا، احمدی‌کیا، حسین، شبیه‌سازی عددی جریان مغشوش اطراف دسته میله‌های سوخت راکتور VVER-440و بررسی اثر نگهدارنده‌ها روی آن»، نوزدهمین همایش سالانۀ مهندسی مکانیک، کد مقاله: ISME19_037 2011.