Kmitání komponent jaderného palivového souboru s rázovými účinky

Abstract

Disertační práce je zaměřena na matematické modelování kmitajících mechanických soustav s rázy v aplikaci na kmitání komponent palivového souboru TVSA-T jaderného reaktoru VVER 1000/320. Je zde formulována metodika modelování příčně rázově interagujících poddajných těles nosníkového typu v přímé aplikaci na kmitání vodicích trubek a palivových proutků souborů TVSA-T.

Model vodicí trubky vložené do distanční mřížky s radiální vůlí je vytvořen metodou konečných prvků pro jednorozměrná kontinua a respektuje potenciální kontaktní síly mezi trubkou a buňkami distančních mřížek včetně třecích sil v kontaktních bodech. Model umožňuje analýzu maximálních laterálních dynamických deformací vodicí trubky v průběhu kmitání vyvolaného tlakovými pulsacemi chladiva od hlavních cirkulačních čerpadel. Laterální deformace jsou jedním z významných aspektů při analýze pádu klastrů, jež mají za úkol brzdit štěpnou reakci. Dále je zde provedena analýza stability vodicích trubek v palivovém souboru TVSA-T vzhledem k axiální síle a k tuhosti buněk distančních mřížek na konzervativním i nekonzervativním modelu.

Model palivového proutku je rovněž vytvořený metodou konečných prvků pro jednorozměrná kontinua, přičemž se jedná o systém sestávající ze dvou subsystémů; pokrytí palivového proutku a sloupce palivových tablet. Tyto dva subsystémy mohou v důsledku radiálních vůlí rázově interagovat. Pokrytí palivového proutku je navíc v potenciální vnější rázové interakci s buňkami distančních mřížek, mezi něž je vloženo s předpětím. Ve všech kontaktních bodech jsou uváženy normálové a třecí síly, respektující všechny tři možné fáze kontaktu -- separátní pohyb, prokluz i ulpívání. Podrobně jsou analyzovány rázové síly, skluzové rychlosti, výkon a práce třecích sil a další významné charakteristiky. U palivových proutků je posuzován tzv. otěr pokrytí palivového proutku jako důležitý parametr indikující úbytek hmoty v kontaktním bodě vlivem vibrací palivového souboru vyvolaných tlakovými pulsacemi chladiva. Zjednodušený model palivového proutku je podroben bifurkační analýze vzhledem k významným konstrukčním a provozním parametrům. Je analyzován vliv příčně proudícího chladiva na kmitání palivového proutku.

Všechny výše uvedené matematické modely i všechny výpočtové modely zpracované v systému MATLAB jsou koncipovány tak, aby bylo možné analyzovat chování libovolného palivového proutku, resp. vodicí trubky, v libovolném palivovém souboru TVSA-T reaktoru VVER-1000/320. Jakožto budicí síly jsou uvažovány polyharmonické funkce, jež jsou výstupem z globálního modelu reaktoru a z linearizovaného modelu palivového souboru. U vybraného palivového proutku lze analyzovat jeho chování v libovolném stavu kampaně reaktoru.

Metodika použitá při modelování palivových proutků, resp. vodicích trubek, může být použita pro širší třídu úloh kmitání poddajných jednorozměrných kontinuí s vnitřní i vnější rázovou interakcí.