U-50Zr螺旋十字燃料热力耦合特性分析

作     者：蔡孟珂 丛腾龙 顾汉洋 CAI Mengke;CONG Tenglong;GU Hanyang

作者机构：上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 

出 版 物：《哈尔滨工程大学学报》 (Journal of Harbin Engineering University)

年 卷 期：2022年第43卷第12期

页      面：1772-1777页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 082701[工学-核能科学与工程] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12135008). 

主　　题：U-50Zr合金 螺旋十字燃料 分子动力学 杨氏模量 热导率 孔隙效应 热力响应 多物理场耦合 

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。