使用生物灵感喷嘴减轻PWR燃料组件振动
Ibrahim Gad-El-Hak1, Njuki Mureithi2, Kostas Karazis3
1Department of Mechanical Engineering, Polytechnique Montréal, Montreal, QC, H3C 3A7, Canada. Ibrahim.gadelhak@polymtl.ca.
Scientific reports
|November 18, 2023
概括
模仿牛和鱼的生物灵感喷嘴通过增强液体混合,显著减少核燃料组件中的振动. 牛喷嘴减少了50%的振动,而鱼喷嘴延迟了不稳定性,并将振动幅度降低了87.5%.
科学领域:
- 流体动力学和机械工程 流体动力学和机械工程
- 生物模拟学和应用物理学
- 核工程和反应堆安全问题
背景情况:
- 喷射流注入横流需要有效的混合,用于诸如核压水反应堆 (PWR) 等应用.
- 在PWR中,轴和喷气式交叉流可以诱导燃料棒振动和间隔电网的磨损.
- 海洋生物的结构为改善流体混合和流量控制提供了灵感.
研究的目的:
- 研究生物灵感喷嘴在抑制核燃料组件振动方面的有效性.
- 为了增强PWR注入喷气流和主冷却液流之间的混合.
- 通过改善流动力学来减少喷气流对燃料棒的影响.
主要方法:
- 设计和制造一个单跨模拟PWR燃料组装阵列.
- 实验测试了三种喷嘴类型:圆形,牛灵感和鱼灵感.
- 在联合轴流和喷气式交叉流条件下分析动态行为.
主要成果:
- 与圆形喷嘴相比,以牛为灵感的喷嘴减少了50%的杆束振动,这是由于增加了流量混合而导致的.
- 这种以鱼为灵感的喷嘴将不稳定振动的关键喷气流速延迟了20%.
- 与圆形喷嘴相比,以鱼为灵感的喷嘴实现了87.5%的振动幅度降低.
结论:
- 海洋仿生喷嘴,特别是牛和鱼设计,在减轻PWR燃料组件振动方面非常有效.
- 增强的流量混合是减少振动幅度和提高反应器组件寿命的关键.
- 这些受生物启发的设计显示出在燃烧室和化学反应堆等多种应用中高效混合的前景.
