核燃料棒包殼腐蝕對格架磨蝕的影響研究

(中國核動力研究設(shè)計院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)重點實驗室,四川 成都 610213)

壓水堆中,燃料棒在高速流動的冷卻劑作用下會發(fā)生微幅振動,引起定位格架的彈簧/剛凸與燃料棒包殼之間發(fā)生格架微動磨蝕,微動磨蝕是燃料棒破損的重要原因之一。燃料組件安全分析主要通過堆外振動試驗和耐久性試驗[1],以及對比具有相似結(jié)構(gòu)的燃料組件運行經(jīng)驗來說明格架磨蝕不會超過設(shè)計準(zhǔn)則。

國產(chǎn)燃料組件研制了新材料,設(shè)計了新結(jié)構(gòu),難以借鑒成熟的商用燃料組件運行經(jīng)驗,除堆外試驗之外還需要研究適用的微動磨蝕計算方法。燃料棒的隨機振動響應(yīng)非常復(fù)雜，難以模擬,現(xiàn)有的專用磨蝕計算程序?qū)⒉淮_定量取上限值或采用蒙特卡羅方法進行保守計算[2],將磨蝕過程處理為平均過程,例如法國的VIBUS和西屋公司的VIBAMP、VITRAN程序。

近幾年的微動磨蝕研究中逐漸揭露出磨蝕過程的變化性,由于包殼腐蝕作用導(dǎo)致磨蝕過程具有隨機性,并且氧化產(chǎn)生的氧化膜對磨蝕有抑制作用[3-4]。

反應(yīng)堆內(nèi)快中子輻照使水輻解產(chǎn)生氧,部分氧與金屬鋯反應(yīng)產(chǎn)生氧化鋯。由于壽期初格架夾持力足夠大,燃料棒與彈簧/剛凸不會發(fā)生相對位移,包殼表面會生成氧化膜；夾持力松弛,燃料棒與彈簧/剛凸開始相對運動后,格架會首先對氧化膜進行磨蝕。因此,為了準(zhǔn)確模擬磨蝕過程,提高磨蝕計算的準(zhǔn)確性,需要研究包殼腐蝕過程以及腐蝕產(chǎn)生的氧化膜對磨蝕過程的影響。……