U-50Zr螺旋十字燃料热力耦合特性分析

摘要

为了提升现有压水堆的功率水平和安全裕量,本文提出了一种基于U-50Zr合金材料的螺旋十字燃料。本文基于分子动力学原理,对带孔隙U-50Zr合金的杨氏模量和热导率进行了预测;并将该预测结果植入到有限元多物理场耦合模拟中,对U-50Zr合金材料下螺旋十字燃料的热力性能进行了分析。分子动力学仿真结果显示:孔隙效应会降低U-50Zr合金材料的杨氏模量和热导率;但由于U-50Zr合金的辐照肿胀率和螺旋十字燃料温度较低,故辐照导致的孔隙效应并不明显,因此,燃料的温度场在整个寿期内较稳定。此外,在自接触影响下,螺旋十字燃料在包壳翼尖区域出现较大的应力峰值,且最大应力为326.7 MPa,低于锆合金材料的断裂极限。U-50Zr的螺旋十字燃料拥有不错的抗辐照热力响应特性,具备一定的应用前景。