控制棒落棒時間分析軟件CRAC的研發與驗證

馬 超，周 毅，盧嘉川，蘆 韡，李 云，趙 波，陳 浩，馬 強，秦 勉，郭曉明

(中國核動力研究設計院 核反應堆系統設計技術重點實驗室，四川 成都 610213)

壓水堆緊急停堆時，控制棒組件依靠重力下落控制反應性，實現安全停堆。落棒時間計算是反應堆安全分析和燃料組件及相關組件設計的重要部分，關系到導向管及控制棒設計是否滿足落棒時間準則。針對落棒開展理論研究，研發落棒時間的分析工具，獲得落棒位移-速度-時間關系，對反應堆安全分析及燃料組件設計具有重要意義。

針對壓水堆落棒時間分析技術，國內外研究者開展大量研究工作，通過試驗與理論分析，認為落棒過程中控制棒驅動線受到的載荷主要為水力阻力和機械阻力。針對機械阻力，研究者利用有限差分或有限元法，求解驅動線各部件的振動方程，通過設置表面接觸條件，計算控制棒受到的非線性碰撞力與摩擦力[1-2]。水力阻力具體包括浮力、慣性力、局部形阻力和沿程阻力。針對水力阻力，研究者利用流體力學理論和經驗公式相結合的方法計算落棒過程中流體阻力[3]，還有研究者利用CFD軟件動網格技術，開展落棒過程中水力緩沖模擬[4-7]。上述研究工作考慮的落棒模型較為簡單，僅圍繞某一種載荷建模，如控制棒所受水力阻力或機械阻力，忽略或簡化考慮其他載荷因素，距離工程應用較遠。動網格技術需要耗費大量計算資源，只能構建簡單控制棒結構的仿真模型，如單根控制棒和水力緩沖部件，無法開展全尺寸控制棒驅動線模擬。……