[发明专利]一种核反应堆蒸汽发生器流致振动计算方法

权利要求书

1.一种核反应堆蒸汽发生器流致振动计算方法，其特征在于：针对处于核反应堆一、二次侧流体环境中的蒸汽发生器U型传热管的流致振动现象，通过湿模态分析求取U型传热管的质量矩阵[M]，刚度矩阵[K]和阻尼矩阵[C]，通过流体动力学计算程序调用并执行用户自定义函数文件求解瞬态动力学方程，通过动网格模型更新每一时间步之后的网格，实现蒸汽发生器U型传热管在一、二次侧流体共同作用下的流致振动计算：

该方法包括以下步骤:

步骤1：获取核反应堆蒸汽发生器U型传热管几何参数，建立单根U型传热管固体域、管内一次侧流体域、管外二次侧流体域的简化几何模型装配体，在有限元分析程序中，赋予U型传热管Inconel690材料物性，利用简支和固支方式，在U型传热管两端根部施加固支约束，在U型传热管弯头30°、60°、120°、150°方向施加简支约束，模拟防振条对U型传热管的作用，根据核反应堆一、二次侧流体的实际运行条件，施加流体域的进出口边界条件，建立U型传热管湿模态分析模型，利用有限元分析程序开展湿模态分析并提取传热管的质量矩阵[M],刚度矩阵[K]和阻尼矩阵[C]；

步骤2：根据步骤1中提取的质量矩阵[M]、刚度矩阵[K]和阻尼矩阵[C]，将求解瞬态动力学方程的Newmark-β方法、动网格模型添加进用户自定义函数文件，具体步骤如下：

步骤2-1：根据步骤1中提取的质量矩阵[M]、刚度矩阵[K]和阻尼矩阵[C]，在用户自定义函数文件中定义这三者；

步骤2-2：给定U型传热管的初始位移{u}₀、初始速度初始加速度初始外力{F}₀均为零，即{u}₀＝0,{F}₀＝0；

步骤2-3：根据Newmark-β方法假设：

{u}，{F}分别表示U型传热管的位移、速度、加速度和外力，下标表示不同时刻，Δt表示时间步长，β和γ为自定义参数，选择β＝1/2，γ＝1/4，此时Newmark-β方法无条件稳定，由公式(1)、公式(2)推导，并代入β和γ的值，得到：

t+Δt时刻的瞬态动力学方程：

将公式(3)和公式(4)代入公式(5)得到

其中：

公式(5)中的[M]、[C]、[K]分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，{F}_t+Δt为t+Δt时刻的外力，公式(6)为t+Δt时刻的瞬态动力学方程的等效表达式，其中为等效刚度矩阵，其完整表达式为公式(7)，为t+Δt时刻的等效外力，其完整表达式为公式(8)；在用户自定义函数文件中，定义Δt＝0.001s，定义获取U型传热管表面外力的函数，定义公式(3)、(4)、(6)、(7)、(8)，根据这些定义，能够根据t时刻的{u}_t，可求得t+Δt时刻{u}_t+Δt，

步骤2-4：添加动网格模型到用户自定义函数文件中，用来实现网格更新功能；

步骤3：建立单根U型传热管内一次侧、管外二次侧流体域计算模型，在一、二次侧流体域计算模型中标识出和固体U型传热管内、外壁接触的耦合面，定义动网格边界，选择动网格更新方法，利用流体动力学计算程序开展第一时间步迭代计算至收敛，收敛条件为计算残差小于10^-5；

步骤4：调用步骤2中用户自定义函数文件，流体域网格进行更新，再对网格更新后的流体域进行下一时间步的迭代计算；

步骤5：循环执行第4步，确保每一时间步收敛，直到计算到设定好的计算终止时间，计算停止。