研究堆冷中子源冷包的強度分析

2016-08-24 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

研究堆冷中子源冷包的強度分析

從20世紀50年代第1個研究堆冷中子源(CNS)在BEPO上誕生以來,CNS已得到廣泛應(yīng)用。目前,在國家攀登計劃、重大自然科學(xué)基金、核工業(yè)基金等各類科技項目中,可用中子散射技術(shù)作為研究手段的高達40%-50%。在核反應(yīng)堆中,冷中子源是研究堆中子散射實驗的重要組成部分。通常,熱中子反應(yīng)堆堆芯提供的是冷中子所占份額很小的熱中子,這些中子通過冷包慢化劑進一步慢化,冷中子的密度增加,最后由中子導(dǎo)管引出冷中子束。

冷包是冷中子源中最重要的部件,它距堆芯近,因受核發(fā)熱影響,它的壁厚受到嚴格限制,使得它承受的應(yīng)力大,工作條件苛刻。冷包壁一般由5052,6061等鋁合金制成,相對于不銹鋼材料,這類鋁合金的抗拉強度較低。冷包除承受較大的應(yīng)力外,還要承受不同工況下的交變應(yīng)力。因此,冷包的工作應(yīng)力不宜過大。針對上述情況,本工作對冷包初始設(shè)計結(jié)構(gòu),進行有限元分析計算,旨在為冷包工程設(shè)計提供重要參考。

該冷包由氫包、氦包、導(dǎo)流片、輸氫管、進氦管、排氦管組成。氫包和氦包均由圓柱殼和半橢球封頭組成。導(dǎo)流片位于氫包與氦包之間,將氫包與氦包之間的通道分隔成4部分。為減小導(dǎo)流片與氦包、氫包間的相互作用,將導(dǎo)流片沿包體的軸線方向從中間切開,與氫包相連的部分稱為導(dǎo)流片1,與氦包相連的部分稱為導(dǎo)流片2,導(dǎo)流片1,2之間相互搭接,以達到分隔通道空間的作用。氫包用來冷卻熱中子,然后從中子導(dǎo)管中引出冷中子,而氦包則冷卻氫氣,保證氫包中的氫氣始終保持液態(tài),以達到慢化熱中子的效果。圖中,氫包和氦包的頂蓋與底蓋均為標準橢球,即長半軸與短半軸比值為2。

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