矩形窄通道中掠过双板结构流动引起的流固耦合现象实验研究

摘要

相比于压水堆使用的燃料组件,平行板状燃料组件拥有功率密度高、传热效果好的优势,被广泛应用在先进研究堆和作为动力源布置在军事舰艇上。在燃料板之间,高速流动的冷却剂可能会诱发燃料板与冷却剂之间形成强烈的流固耦合效应,有可能威胁到反应堆的安全运行。因此,深入研究矩形通道内平行板结构流固耦合振动特性具有重大意义。本文作为理论实验研究,将平行板状燃料组件简化为四角固支在矩形窄通道中的双板结构。配合先进的激光测量技术,以流过双板结构的流量为变量,得到了在特定的流量范围内相对振动和同向弯曲现象,以及不规则的宽频振动现象;同时,对比单板结构流固耦合振动特性,总结了双板结构与单板结构实验结果的异同点。并认为双板结构反向振动时,附着在板表面上的附加阻尼和附件质量的变化是导致实验结果存在差异的主要原因。本研究发现在平板结构在Miller临界流速到达之前就会发生窄频大幅相对振动,一种新的可能导致平行板状燃料组件失效的机理。还首次发现了双板结构在特性的流量下同向弯曲的现象;对这些现象的研究为核反应堆设计及运行过程中避免因平行板状燃料组件的流固耦合导致的安全问题提供了新的理论基础与工程指导。