压水堆堆内燃料包壳的热应力分析

摘要

在反应堆中,燃料包壳将燃料芯块与冷却剂分隔开,是包容放射性物质外逸的第一道屏障.其堆内性质行为变化关系着整个核电站正常安全地运行.在反应堆运行过程中,其中一个导致燃料棒失效的现象是包壳与芯块的相互机械作用PCI(pellet-cladding thermal-mechanical interaction).因此研究燃料棒在堆内的力学行为变化很有必要.考虑到燃料棒轴对称的特性,本文采用八分之一燃料棒模型以简化计算,利用ANSYS有限元分析软件在Workbench界面对其进行稳态的热与结构耦合分析.模拟计算得出燃料棒的温度场、燃料芯块与锆合金包壳的变形量以及应力的分布情况,并讨论了体积释热率参数变化对燃料棒力学行为的影响.模拟计算得出的芯块与包壳变形趋势、应力分布情况与辐照试验结果良好符合,一定程度上验证了模型的有效性.