乏核燃料贮存格架地震及组件跌落事故安全分析

摘要

乏核燃料贮存格架主要用来贮存从核反应堆中卸出的乏燃料组件。由于乏燃料组件仍然具有一定的放射性，所以必须确保乏核燃料贮存格架在服役期间的安全性能。本论文依据法国RCC-M标准，分别对设计工况、地震异常工况和地震事故工况下的乏核燃料贮存格架进行安全分析，同时就乏燃料组件跌落在格架项部时，对格架进行安全评定。主要内容如下:
　　 (1)采用ANSYS软件建立了格架及组件系统的有限元分析模型，进行了受重力和浮力（即设计工况）作用下的静力分析，得到了格架的变形和应力分布，并进行了强度和刚度校核。
　　 (2)应用所建立的格架及组件系统有限元分析模型，并在合理的线性简化基础上，对系统进行了模态分析，得到了系统的前50赫兹的固有频率。
　　 (3)对异常工况和事故工况作用下的格架及组件系统进行了地震安全分析。结果表明，在异常工况和事故工况下格架的强度均能满足相应安全判据的要求，但格架有可能发生滑动和起跳。不过经近似理论公式计算发现，由于格架四周覆有大面积围板，在考虑格架和周围液体之间的作用力后，即使格架发生滑动和跳离，格架与格架之间以及格架与乏燃料贮存水池侧壁之间还是不可能发生碰撞，格架是安全的。
　　 (4)为正确计算组件在水中的跌落速度，特别是与乏核燃料贮存格架顶部开始发生碰撞那一时刻的跌落速度（碰撞的初速度），本论文对组件在格架上部水域内的跌落过程进行了数值模拟，并与理讫近似解进行了比较，结果发现，两种方法得到的结果相近，都可以用于跌落过程的模拟。
　　 (5)对组件在格架上的跌落撞击过程进行了数值模拟，发现被撞击的储存单元顶部会发生较为严重的塑性变形，以致组件不能再次从该储存单元中取出或放入该储存单元，但组件活性段是安全的，储存单元的过渡变形不会导致组件内部乏燃料泄漏，格架下支撑板也不会接触到乏燃料池底。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 能源概述

1．2 核能发电

1．3 乏燃料后处理

1．4 乏核燃料贮存格架

1．5 本文研究内容与意义

第二章 乏核燃料贮存格架地震安全分析标准

2．1 安全分析标准

2．2 设备支承件地震安全分析的安全判据

2．2．1 支承件的分级

2．2．2 支承件的分类

2．2．3 S2级板式或壳式支承件的安全判据

2．2．4 S2级线型支承件的安全判据

2．3 许用应力

2．3．1 设计工况下的许用应力

2．3．2 异常工况下的许用应力

2．3．3 事效工况下的许用应力

2．4 小结

第三章 乏核燃料贮存格架的静力安全分析

3．1 乏核燃料贮存格架的静力安全判据

3．2 有限元模型

3．2．1 乏核燃料贮存格架的简化几何模型

3．2．2 结构材料的物性数据

3．2．3 单元类型

3．2．4 网格划分

3．2．5 载荷及约束

3．3 分析结果与安全评定

3．3．1 分析结果

3．3．2 安全评定

3．4 小结

第四章 乏核燃料贮存格架的地震安全分析

4．1 乏核燃料贮存格架的地震安全判据

4．2 地震运动和地震的楼层响应

4．2．1 三维地震运动

4．2．2 地震的楼层响应

4．3 响应谱分析

4．3．1 有限元模型

4．3．2 模态分析

4．3．3 响应谱分析

4．4 分析结果与安全评定

4．4．1 分析结果

4．4．2 安全评定

4．5 小结

第五章 地震时乏核燃料贮存格架在水池中的运动分析

5．1 乏核燃料贮存格架在水池中的运动形态

5．2 地震时乏核燃料贮存格架部分支脚起跳的论证

5．2．1 格架部分支脚起跳的判据

5．2．2 组件空装情况下都分支脚起跳的安全评定

5．2．3 组件一排装情况下部分支脚起跳的安全评定

5．2．4 组件满装情况下部分支脚起跳的安全评定

5．3 地震时乏核燃料贮存格架滑动的论证

5．3．1 格架滑动的判据

5．3．2 组件空装时格架滑动的安全判定

5．3．3 组件一排装时格架滑动的安全判定

5．3．4 组件满装时格架滑动的安全判定

5．4 格架碰撞问题的进一步讨论

5．5 小结

第六章 组件跌落速度的研究

6．1 前言

6．2 CFD数值模拟

6．2．1 流域的选取

6．2．2 网格画分

6．2．3 边界条件

6．2．4 计算求解

6．3 近似理论解

6．4 分析结果及讨论

6．5 结论

第七章 乏核燃料贮存格架的组件跌落安全分析

7．1 前言

7．2 乏核燃料贮存格架的安全判据

7．3 有限元模型

7．3．1 几何模型的简化

7．3．2 单元类型

7．3．3 材料模型

7．3．4 载荷及约束

7．4 组件跌落位置的选取

7．5 求解设置

7．6 分析结果

7．7 安全校核

7．8 小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书