快堆堆本體液面晃動特性的多維度探究：試驗與模擬的融合一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的不斷增長和對清潔能源的迫切需求，核能作為一種高效、低碳的能源形式，在能源領(lǐng)域中占據(jù)著愈發(fā)重要的地位?？於眩鳛榈谒拇穗娂夹g(shù)的主力堆型，具有獨(dú)特的優(yōu)勢，在核能領(lǐng)域中具有重要地位。其全稱是快中子增殖堆，利用快中子引發(fā)核裂變反應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)核燃料的增殖，使鈾資源的利用率大幅提高，有效緩解鈾資源短缺問題，為核能的可持續(xù)發(fā)展提供了堅實的保障。在快堆中，鈾的利用率可達(dá)到60%-70%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)反應(yīng)堆。貧鈾、乏燃料、低品位鈾礦甚至海水中的鈾，都能成為快堆的燃料來源。國際上推薦的第四代核電站6種反應(yīng)堆堆型中，有3種是快堆。我國成功研發(fā)中國實驗快堆，標(biāo)志著在占領(lǐng)核能技術(shù)制高點(diǎn)、建立可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)核能系統(tǒng)上邁出重要一步。快堆堆本體作為反應(yīng)堆的核心部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含大量液態(tài)鈉等冷卻劑，且存在自由液面。在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，堆本體可能會受到多種動態(tài)載荷的作用，如地震、設(shè)備振動等，這些載荷會導(dǎo)致堆本體液面發(fā)生晃動。液面晃動并非簡單的液體波動，而是涉及到復(fù)雜的流固耦合現(xiàn)象。當(dāng)液體晃動時，會對容器壁面產(chǎn)生液動壓力，這種壓力的大小和分布隨晃動的劇烈程度而變化。若晃動幅度過大或液動壓力過高，可能對堆本體及內(nèi)部構(gòu)件產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用，如導(dǎo)致容器壁面疲勞損傷、內(nèi)部構(gòu)件松動或損壞等。一旦堆本體及內(nèi)部構(gòu)件出現(xiàn)損壞，將直接威脅到反應(yīng)堆的正常運(yùn)行，甚至可能引發(fā)核事故，對人員安全和環(huán)境造成災(zāi)難性的影響。從過往的核電站事故案例中可以看出，類似的流固耦合問題若未得到妥善處理，往往會引發(fā)嚴(yán)重的后果。如某核電站曾因冷卻劑流動不穩(wěn)定引發(fā)液面晃動，導(dǎo)致管道振動加劇，最終出現(xiàn)管道破裂，造成了放射性物質(zhì)泄漏的重大事故。因此，深入研究堆本體液面晃動現(xiàn)象，對于保障快堆的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義，是確保核能安全利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前，對于快堆堆本體液面晃動的研究，雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在許多亟待解決的問題。一方面，現(xiàn)有的理論模型在描述復(fù)雜的流固耦合現(xiàn)象時，存在一定的局限性，難以準(zhǔn)確預(yù)測液面晃動的特性和液動壓力的分布。另一方面，數(shù)值模擬方法在處理大規(guī)模、復(fù)雜幾何形狀的快堆堆本體模型時，計算效率和精度有待提高。實驗研究方面，由于快堆堆本體的特殊性，實驗難度較大，相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)相對較少，這也限制了對液面晃動現(xiàn)象的深入理解。因此，開展快堆堆本體液面晃動試驗研究及數(shù)值模擬具有重要的必要性和緊迫性。通過試驗研究，可以獲取真實的液面晃動數(shù)據(jù)，為理論模型和數(shù)值模擬提供驗證依據(jù)。借助數(shù)值模擬，可以對不同工況下的液面晃動進(jìn)行全面分析，彌補(bǔ)實驗研究的不足，深入揭示液面晃動的內(nèi)在機(jī)理。這不僅有助于完善快堆的設(shè)計和安全評估體系，提高反應(yīng)堆的安全性和可靠性，還能為快堆的工程應(yīng)用和推廣提供有力的技術(shù)支持，推動核能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在快堆堆本體液面晃動研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量工作，涵蓋試驗研究與數(shù)值模擬等多個方面。在試驗研究方面，諸多研究聚焦于模擬快堆堆本體的實際工況，以獲取液面晃動的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。華北電力大學(xué)的劉宏達(dá)對快堆堆本體中液體晃動行為展開試驗研究，通過搭建試驗?zāi)Ｐ停M地震等動態(tài)載荷作用，利用先進(jìn)測量設(shè)備，精確測量液面晃動波高、液動壓力等參數(shù)，深入分析不同工況下液體晃動特性，為后續(xù)研究提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在國際上，一些發(fā)達(dá)國家如美國、法國、俄羅斯等，憑借其先進(jìn)的試驗設(shè)施和技術(shù)，也開展了一系列相關(guān)試驗。美國某研究機(jī)構(gòu)利用大型振動臺，模擬強(qiáng)地震作用下快堆堆本體的液面晃動，采用高精度激光測量儀和壓力傳感器，獲取了詳細(xì)的液面晃動數(shù)據(jù)，對研究液面晃動的極端情況具有重要參考價值。然而，目前試驗研究仍存在一定局限性。一方面，快堆堆本體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以完全模擬其真實的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邊界條件，導(dǎo)致試驗結(jié)果與實際情況存在一定偏差。另一方面，試驗成本高昂，且受到設(shè)備和場地等條件限制，難以開展大規(guī)模、多工況的試驗研究，限制了對液面晃動現(xiàn)象全面深入的認(rèn)識。在數(shù)值模擬方面，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，其已成為研究快堆堆本體液面晃動的重要手段。眾多學(xué)者運(yùn)用多種數(shù)值方法，如有限元法、計算流體力學(xué)（CFD）方法等，對液面晃動現(xiàn)象進(jìn)行模擬分析。曾曉佳等人利用ANSYS數(shù)值模擬軟件對CFR600堆本體試驗?zāi)Ｐ徒⒂邢拊Ｐ停捎肍luid30單元和Fluid80單元模擬環(huán)域液體，通過模態(tài)分析計算，得到頻率及相應(yīng)振型等參數(shù)，并與理論分析結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)對比，驗證了數(shù)值模擬計算的準(zhǔn)確性。一些研究運(yùn)用CFD方法，考慮流體的粘性、湍流等因素，對快堆堆本體液面晃動進(jìn)行更真實的模擬，深入分析流場特性和液動壓力分布規(guī)律。但數(shù)值模擬同樣面臨挑戰(zhàn)，如在處理復(fù)雜流固耦合問題時，數(shù)值算法的穩(wěn)定性和精度有待提高，不同數(shù)值方法之間的計算結(jié)果存在一定差異，缺乏統(tǒng)一的驗證標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致對模擬結(jié)果的可靠性判斷存在困難。液體晃動理論也在不斷發(fā)展。早期的理論研究主要基于勢流理論，將液體視為無粘性、無旋的理想流體，建立簡化的數(shù)學(xué)模型來描述液面晃動現(xiàn)象。隨著研究的深入，學(xué)者們逐漸考慮流體的粘性、表面張力等因素，對理論模型進(jìn)行改進(jìn)和完善。例如，通過引入邊界層理論來處理流體與固體壁面之間的粘性作用，使理論模型更接近實際情況。在流固耦合理論方面，也取得了一定進(jìn)展，提出了多種流固耦合算法，如基于位移協(xié)調(diào)的算法和基于力平衡的算法等，以更好地描述液體與固體結(jié)構(gòu)之間的相互作用。但目前的理論模型在描述復(fù)雜的快堆堆本體液面晃動現(xiàn)象時，仍存在一定的局限性，難以準(zhǔn)確預(yù)測液面晃動的非線性行為和瞬態(tài)特性。在快堆堆本體抗震研究方面，液面晃動作為重要因素被納入考量。相關(guān)研究通過試驗和數(shù)值模擬，分析液面晃動對堆本體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，評估結(jié)構(gòu)在地震等載荷作用下的安全性。有研究采用地震響應(yīng)譜分析方法，結(jié)合液面晃動的試驗數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，計算堆本體結(jié)構(gòu)在不同地震工況下的響應(yīng)，為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提供依據(jù)。然而，目前的抗震研究在考慮液面晃動與其他因素（如結(jié)構(gòu)非線性、材料損傷等）的耦合作用方面還不夠完善，對復(fù)雜工況下堆本體結(jié)構(gòu)的抗震性能評估存在一定的不確定性。1.3研究內(nèi)容與方法本文的研究內(nèi)容主要圍繞快堆堆本體液面晃動展開，涵蓋試驗研究與數(shù)值模擬兩大方面。在試驗研究方面，首先需依據(jù)相似理論，對快堆堆本體進(jìn)行合理的縮尺建模，確保試驗?zāi)Ｐ湍軌驕?zhǔn)確反映原型的關(guān)鍵特性。精心設(shè)計并搭建試驗裝置，模擬快堆堆本體的實際運(yùn)行工況，通過施加不同類型和強(qiáng)度的動態(tài)載荷，如模擬地震波的激勵，系統(tǒng)地研究液面晃動的特性。運(yùn)用先進(jìn)的測量技術(shù)和設(shè)備，如高精度的激光位移傳感器、壓力傳感器等，精確測量液面晃動的波高、頻率、液動壓力等關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)的分析提供詳實可靠的數(shù)據(jù)支持。對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，探究不同工況下液面晃動的規(guī)律，以及液動壓力的分布和變化特性，明確影響液面晃動的主要因素。數(shù)值模擬層面，選用合適的計算流體力學(xué)（CFD）軟件，如ANSYSFluent、COMSOLMultiphysics等，構(gòu)建快堆堆本體的數(shù)值模型。模型需充分考慮流固耦合作用，準(zhǔn)確模擬液體與固體結(jié)構(gòu)之間的相互作用。通過設(shè)置合理的邊界條件和初始條件，模擬不同工況下的液面晃動過程。對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，包括流場特性、液面形態(tài)變化、液動壓力分布等，深入揭示液面晃動的內(nèi)在機(jī)理。將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗證，評估數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性和可靠性，對模型和算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高模擬精度。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。在試驗研究中，采用多種先進(jìn)的測量技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對液面晃動參數(shù)的全面、精確測量，為研究提供更豐富、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在數(shù)值模擬方面，引入新型的流固耦合算法，提高對復(fù)雜流固耦合問題的模擬能力，更真實地反映液面晃動與堆本體結(jié)構(gòu)之間的相互作用。將試驗研究與數(shù)值模擬有機(jī)結(jié)合，相互驗證和補(bǔ)充，形成更全面、深入的研究體系，突破以往單一研究方法的局限性。研究的技術(shù)路線如下：首先，廣泛收集和整理國內(nèi)外關(guān)于快堆堆本體液面晃動的相關(guān)研究資料，深入了解研究現(xiàn)狀和存在的問題，明確研究方向和重點(diǎn)。依據(jù)相似理論，進(jìn)行試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計和制作，搭建試驗裝置，制定詳細(xì)的試驗方案。開展試驗研究，按照試驗方案進(jìn)行不同工況下的試驗，采集和整理試驗數(shù)據(jù)。利用CFD軟件進(jìn)行數(shù)值模型的建立，進(jìn)行數(shù)值模擬計算，分析模擬結(jié)果。將試驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗證和改進(jìn)數(shù)值模型，深入探討液面晃動的特性和機(jī)理。最后，總結(jié)研究成果，撰寫研究報告和學(xué)術(shù)論文，為快堆堆本體的設(shè)計和安全運(yùn)行提供理論支持和技術(shù)參考。二、快堆堆本體概述2.1快堆堆本體結(jié)構(gòu)與工作原理快堆堆本體作為快堆的核心部分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精密，是實現(xiàn)核能高效利用的關(guān)鍵所在。以中國實驗快堆（CEFR）為例，其堆本體采用了獨(dú)特的池式結(jié)構(gòu)，猶如一座精心構(gòu)建的“核能城堡”。CEFR堆本體主要由一個直徑達(dá)8.01米、高12米的大鈉池，即主容器構(gòu)成，宛如一個巨大的“液態(tài)鈉海洋”，主容器穩(wěn)穩(wěn)地坐落在下部支撐上，為整個堆本體提供了堅實的基礎(chǔ)。保護(hù)容器如同忠誠的衛(wèi)士，環(huán)繞在主容器周圍，時刻守護(hù)著堆本體的安全。雙旋塞則像是精密的“控制閥門”，精準(zhǔn)地控制著堆內(nèi)物質(zhì)的進(jìn)出。兩臺主鈉泵猶如強(qiáng)大的“心臟”，源源不斷地將冷池中的鈉液泵入柵板聯(lián)箱，為堆芯的冷卻和能量傳輸提供強(qiáng)大的動力。柵板聯(lián)箱及堆芯是堆本體的核心區(qū)域，堆芯內(nèi)包含著81盒燃料組件、3盒補(bǔ)償棒組件、2盒調(diào)節(jié)棒組件和3盒安全棒組件，它們?nèi)缤澳芰吭慈?，是實現(xiàn)核裂變反應(yīng)的關(guān)鍵部件。337盒不同形式的不銹鋼組件和230盒B4C屏蔽組件則像堅固的“盾牌”，有效地屏蔽了輻射，保障了堆本體的安全運(yùn)行。另有56個供乏燃料初步儲存的位置，為乏燃料的處理提供了暫時的“棲息地”。4臺中間熱交換器宛如高效的“能量橋梁”，實現(xiàn)了一回路鈉與二回路之間的熱量傳遞。事故余熱導(dǎo)出系統(tǒng)的2臺獨(dú)立熱交換器則是重要的“安全保障”，在緊急情況下能夠及時導(dǎo)出堆芯余熱，確保堆本體的安全。堆內(nèi)燃料操作系統(tǒng)則像是一位靈活的“搬運(yùn)工”，通過大小旋塞的巧妙組合運(yùn)動，能夠輕松抓取堆芯的任何一個組件，并將其運(yùn)出堆外，同時也能將新組件準(zhǔn)確無誤地裝入堆芯?？於讯驯倔w的工作原理基于快中子引發(fā)的核裂變反應(yīng)，這是一個復(fù)雜而又精妙的過程。在堆芯中，以钚-239為主要燃料，當(dāng)它吸收一個快中子后，會發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出巨大的能量，同時產(chǎn)生2-3個新的快中子。這些快中子繼續(xù)轟擊周圍的钚-239或鈾-238原子核，引發(fā)更多的裂變反應(yīng)，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而持續(xù)釋放出大量的核能，就像一場激烈的“原子核戰(zhàn)爭”。在堆心燃料钚-239的外圍再生區(qū)里放置著鈾-238，钚-239裂變產(chǎn)生的快中子具有較高的能量，這些快中子在運(yùn)動過程中會被外圍再生區(qū)的鈾-238吸收。鈾-238吸收快中子后，會經(jīng)歷一系列的核反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)轭?239。這一過程實現(xiàn)了核燃料的增殖，使得核燃料越燒越多，就像一個不斷“生長”的能量庫。在這個過程中，液態(tài)鈉作為冷卻劑發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。由于快堆中核裂變反應(yīng)十分劇烈，會產(chǎn)生大量的熱量，必須使用導(dǎo)熱能力很強(qiáng)的液體把堆芯產(chǎn)生的大量熱帶走。液態(tài)鈉具有優(yōu)良的熱工特性，其導(dǎo)熱性好，能夠迅速將堆芯產(chǎn)生的熱量傳遞出去，同時它不容易減慢中子速度，不會妨礙快堆中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行，因此成為了理想的冷卻液體。反應(yīng)堆中使用吸收中子能力很強(qiáng)的控制棒，控制棒就像是反應(yīng)堆的“油門”和“剎車”，靠它插入堆芯的程度來改變堆內(nèi)中子數(shù)量，從而精確地調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的功率。當(dāng)需要提高反應(yīng)堆功率時，控制棒向外抽出，堆內(nèi)中子數(shù)量增加，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)加劇，功率上升；當(dāng)需要降低反應(yīng)堆功率或停堆時，控制棒插入堆芯更深，吸收更多的中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)減弱，功率下降。為了使放射性的堆芯同發(fā)電部分隔離開，鈉冷卻系統(tǒng)分為一次回路和二次回路。一次回路直接同堆芯接觸，通過熱交換器把堆芯產(chǎn)生的熱帶給二次回路。二次回路的鈉再將熱量傳遞給鍋爐，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，用以驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。在這個過程中，能量從核能逐步轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)了核能的高效利用。2.2液面晃動對快堆運(yùn)行的影響在快堆運(yùn)行過程中，堆本體液面晃動所引發(fā)的流固耦合作用，對快堆的結(jié)構(gòu)完整性、熱工性能及安全性有著多方面的深遠(yuǎn)影響。從結(jié)構(gòu)完整性角度來看，液面晃動產(chǎn)生的液動壓力是一個關(guān)鍵影響因素。當(dāng)堆本體受到地震、設(shè)備振動等動態(tài)載荷時，液面會發(fā)生晃動，進(jìn)而對容器壁面和內(nèi)部構(gòu)件施加復(fù)雜的液動壓力。這種液動壓力并非均勻分布，其大小和方向會隨時間和空間不斷變化。以地震工況下的快堆堆本體為例，強(qiáng)烈的地震波會使液面劇烈晃動，在容器壁面的某些部位，液動壓力可能會瞬間達(dá)到很高的值。相關(guān)研究表明，在特定的地震激勵下，液動壓力峰值可達(dá)到正常運(yùn)行時的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。如此高的壓力長期或反復(fù)作用于容器壁面，會導(dǎo)致容器壁面產(chǎn)生疲勞損傷。疲勞損傷是一個逐漸累積的過程，初期可能只是微觀層面的材料損傷，但隨著時間的推移，這些微觀損傷會逐漸擴(kuò)展，形成宏觀裂紋。一旦裂紋形成，容器壁面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重威脅，可能在后續(xù)的運(yùn)行過程中發(fā)生破裂，引發(fā)嚴(yán)重的事故。對于內(nèi)部構(gòu)件而言，液面晃動產(chǎn)生的沖擊力同樣不容小覷。內(nèi)部構(gòu)件通常較為精密，對受力條件要求嚴(yán)格?；蝿拥囊好娈a(chǎn)生的沖擊力可能會使內(nèi)部構(gòu)件的連接部位松動，影響其正常工作。如燃料組件的連接部位若受到過大的沖擊力而松動，可能會導(dǎo)致燃料組件的位置發(fā)生偏移，進(jìn)而影響核裂變反應(yīng)的正常進(jìn)行。嚴(yán)重情況下，沖擊力還可能直接損壞內(nèi)部構(gòu)件，使整個堆本體的結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞。在某快堆的模擬實驗中，當(dāng)模擬較大幅度的液面晃動時，內(nèi)部的一些支撐結(jié)構(gòu)因受到過大的沖擊力而發(fā)生了變形和損壞，這充分說明了液面晃動對內(nèi)部構(gòu)件的危害。液面晃動對快堆熱工性能的影響也十分顯著。在熱傳遞方面，正常運(yùn)行時，快堆堆芯產(chǎn)生的熱量通過液態(tài)鈉冷卻劑高效地傳遞出去，以維持堆芯的正常溫度。然而，液面晃動會改變液態(tài)鈉的流動狀態(tài)，進(jìn)而影響熱傳遞效率。當(dāng)液面晃動時，液態(tài)鈉的流動變得紊亂，原本穩(wěn)定的溫度場被打破，導(dǎo)致局部區(qū)域出現(xiàn)溫度不均勻的現(xiàn)象。在一些液面晃動較為劇烈的區(qū)域，液態(tài)鈉的流速和流向發(fā)生頻繁變化，使得熱量無法及時有效地傳遞，從而造成局部溫度升高。有研究通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，在液面晃動的情況下，堆芯局部區(qū)域的溫度可升高數(shù)十?dāng)z氏度。過高的局部溫度不僅會影響堆芯材料的性能，還可能導(dǎo)致燃料元件的損壞，降低反應(yīng)堆的發(fā)電效率。從冷卻效果來看，液面晃動會干擾冷卻劑的正常循環(huán)，影響堆芯的冷卻效果。冷卻劑的正常循環(huán)是保證堆芯安全運(yùn)行的關(guān)鍵，而液面晃動會使冷卻劑的流動路徑發(fā)生改變，部分區(qū)域的冷卻劑流量減少，導(dǎo)致這些區(qū)域的冷卻不足。若冷卻不足的情況持續(xù)存在，堆芯溫度將不斷上升，當(dāng)超過燃料元件和結(jié)構(gòu)材料的耐受溫度時，會引發(fā)嚴(yán)重的安全問題，如燃料元件熔化、堆芯損壞等。在實際的快堆運(yùn)行中，必須密切關(guān)注液面晃動對冷卻效果的影響，采取有效的措施來確保冷卻劑的正常循環(huán)和堆芯的充分冷卻。液面晃動對快堆安全性的影響是多維度的。在核反應(yīng)控制方面，液面晃動引起的堆芯溫度變化和冷卻效果改變，會對核反應(yīng)的進(jìn)行產(chǎn)生直接影響。堆芯溫度的變化會改變核燃料的物理性質(zhì)，進(jìn)而影響中子的慢化和吸收過程，使核反應(yīng)的速率發(fā)生波動。如果核反應(yīng)速率無法得到有效控制，反應(yīng)堆可能會出現(xiàn)功率異常波動的情況。當(dāng)功率波動過大時，會對反應(yīng)堆的安全保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計是基于反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況下的參數(shù)，若功率波動超出其設(shè)計范圍，安全保護(hù)系統(tǒng)可能無法及時準(zhǔn)確地做出響應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)堆的安全無法得到有效保障。在極端情況下，甚至可能引發(fā)核事故，對人員安全和環(huán)境造成災(zāi)難性的后果。從事故工況分析，在事故工況下，如地震、管道破裂等，液面晃動的影響會被進(jìn)一步放大。地震發(fā)生時，強(qiáng)烈的地面運(yùn)動使液面劇烈晃動，液動壓力和沖擊力大幅增加，對堆本體結(jié)構(gòu)的破壞作用更為嚴(yán)重。管道破裂時，液態(tài)鈉的泄漏會改變液面的分布和晃動特性，增加事故處理的難度。一旦堆本體結(jié)構(gòu)在事故工況下受到嚴(yán)重破壞，堆芯的完整性將難以保證，放射性物質(zhì)泄漏的風(fēng)險急劇增加。放射性物質(zhì)泄漏不僅會對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害生態(tài)平衡，還會對人類健康產(chǎn)生長期的負(fù)面影響。切爾諾貝利核事故就是一個慘痛的教訓(xùn)，該事故中反應(yīng)堆的爆炸和泄漏導(dǎo)致了大量放射性物質(zhì)釋放，對周邊地區(qū)造成了長期的生態(tài)災(zāi)難和健康威脅。因此，在快堆的設(shè)計和運(yùn)行中，必須充分考慮液面晃動在事故工況下的影響，制定完善的應(yīng)急預(yù)案，以降低事故風(fēng)險，保障反應(yīng)堆的安全。三、液面晃動試驗研究3.1試驗設(shè)計3.1.1試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計為了深入研究快堆堆本體液面晃動現(xiàn)象，依據(jù)相似理論精心設(shè)計試驗?zāi)Ｐ停_保其能有效模擬實際工況，獲取準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。在相似理論的指導(dǎo)下，全面考量快堆堆本體的物理特性，深入分析流固耦合模型的動力相似關(guān)系，從多個關(guān)鍵維度建立起試驗?zāi)Ｐ团c實際快堆堆本體之間的相似準(zhǔn)則。在流體力學(xué)方面，仔細(xì)研究流體的慣性力、粘性力、重力等主要作用力，確保試驗?zāi)Ｐ椭羞@些力的相對大小與實際情況保持一致。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)和分析，確定了一系列關(guān)鍵的相似比，如長度比、時間比、密度比、彈性模量比等。這些相似比的確定，為試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計提供了堅實的理論基礎(chǔ)，使得試驗?zāi)Ｐ湍軌蛟诳s小的尺度下，準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)實際快堆堆本體在各種工況下的液面晃動特性。在實際的快堆堆本體中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，包含眾多的組件和精細(xì)的構(gòu)造。若完全按照原型進(jìn)行試驗，不僅成本高昂，且在實際操作中面臨諸多困難，如試驗設(shè)備的尺寸限制、測量難度增大等。因此，基于試驗的可行性和準(zhǔn)確性需求，對試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了合理的簡化。在簡化過程中，始終遵循保留主要特征、忽略次要因素的原則。對于堆本體中的一些細(xì)小結(jié)構(gòu)，如某些連接件的微小凸起、部分管道的細(xì)微彎曲等，由于它們對液面晃動的影響相對較小，在試驗?zāi)Ｐ椭杏枰院雎?。而對于主容器、?nèi)部構(gòu)件等對液面晃動有重要影響的關(guān)鍵部分，則進(jìn)行了精確的模擬和還原。主容器的形狀、尺寸嚴(yán)格按照相似比進(jìn)行設(shè)計，確保其對液體的約束和邊界條件與實際情況相似。內(nèi)部構(gòu)件的位置、形狀和布局也進(jìn)行了細(xì)致的考量和模擬，以保證它們與液體之間的相互作用能夠得到準(zhǔn)確的體現(xiàn)。通過對試驗?zāi)Ｐ偷木脑O(shè)計，最終確定了其關(guān)鍵參數(shù)。模型采用了與實際快堆堆本體相似的材料，以保證材料的物理性質(zhì)和力學(xué)性能相近。主容器的直徑為實際堆本體主容器直徑的1/10，高度也按照相應(yīng)的比例進(jìn)行了縮小。內(nèi)部構(gòu)件的數(shù)量和布局根據(jù)簡化后的模型進(jìn)行了合理的調(diào)整，既保留了主要的結(jié)構(gòu)特征，又便于試驗操作和數(shù)據(jù)測量。在模型的制作過程中，嚴(yán)格把控加工精度，確保各個部件的尺寸誤差控制在極小的范圍內(nèi)，以提高試驗的準(zhǔn)確性。3.1.2測量設(shè)備與布置在快堆堆本體液面晃動試驗中，精確測量液面晃動參數(shù)是深入研究其特性和規(guī)律的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此選用了一系列高精度的測量設(shè)備，并進(jìn)行了科學(xué)合理的布置。位移傳感器在測量液面晃動波高方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本試驗選用了高精度的激光位移傳感器，其測量原理基于激光的反射特性。當(dāng)激光束發(fā)射到液面上時，會發(fā)生反射，傳感器通過接收反射光，并精確測量發(fā)射光與反射光之間的時間差，根據(jù)光速不變原理，即可準(zhǔn)確計算出傳感器到液面的距離，從而得到液面的高度變化。這種測量方式具有非接觸、高精度、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效避免對液面晃動產(chǎn)生干擾，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在傳感器的布置上，充分考慮了液面晃動的特性和測量需求。在主容器的圓周方向上，均勻選取了多個測量點(diǎn)，每隔30°布置一個激光位移傳感器，以全面捕捉液面在不同位置的晃動情況。在高度方向上，根據(jù)液面晃動的可能范圍，在液面上方不同高度處也布置了傳感器，確保能夠測量到液面在不同高度的波高變化。通過這種多方位、多層次的布置方式，可以獲取液面晃動的全面信息，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和研究提供豐富的數(shù)據(jù)支持。壓力傳感器用于測量液動壓力，是了解液面晃動對容器壁面和內(nèi)部構(gòu)件作用的重要工具。本試驗采用了高性能的應(yīng)變片式壓力傳感器，其工作原理是基于金屬應(yīng)變片的壓阻效應(yīng)。當(dāng)壓力作用于傳感器的彈性膜片時，膜片會發(fā)生微小變形，從而導(dǎo)致粘貼在膜片上的應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化。通過測量應(yīng)變片電阻值的變化，并根據(jù)事先標(biāo)定的壓力-電阻關(guān)系曲線，即可準(zhǔn)確計算出作用在傳感器上的壓力大小。壓力傳感器的布置同樣經(jīng)過了精心設(shè)計。在主容器的內(nèi)壁上，按照不同的高度和圓周位置，合理布置了多個壓力傳感器。在高度方向上，分別在容器底部、中部和頂部附近布置傳感器，以測量不同高度處的液動壓力。在圓周方向上，與位移傳感器的布置相對應(yīng)，也均勻布置了傳感器，以便對比分析同一圓周位置處的液面晃動波高和液動壓力之間的關(guān)系。對于內(nèi)部構(gòu)件，在關(guān)鍵部位，如與液體接觸的表面、連接部位等，也布置了壓力傳感器，用于測量液面晃動對內(nèi)部構(gòu)件的作用力。為了確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，在試驗前對所有測量設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格的標(biāo)定和校準(zhǔn)。采用高精度的標(biāo)準(zhǔn)儀器對位移傳感器和壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定，建立起測量值與真實值之間的準(zhǔn)確關(guān)系。在試驗過程中，實時監(jiān)測測量設(shè)備的工作狀態(tài)，確保其正常運(yùn)行。同時，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集和處理，通過數(shù)據(jù)平均、濾波等方法，降低測量誤差，提高數(shù)據(jù)的精度。3.1.3試驗工況設(shè)定試驗工況的設(shè)定對于全面、深入地研究快堆堆本體液面晃動特性至關(guān)重要，它直接關(guān)系到試驗結(jié)果的有效性和研究結(jié)論的可靠性。本試驗綜合考慮了多種因素，精心確定了試驗的激勵類型、幅值、頻率等工況參數(shù)。激勵類型方面，主要模擬了地震和設(shè)備振動這兩種在快堆實際運(yùn)行中可能遇到的動態(tài)載荷。地震激勵采用了典型的地震波，如EL-Centro波和Taft波。這些地震波具有不同的頻譜特性和加速度時程，能夠模擬不同強(qiáng)度和特性的地震情況。EL-Centro波在1940年美國埃爾森特羅地震中記錄得到，其頻譜豐富，包含了多種頻率成分，加速度峰值較大，能夠較好地模擬強(qiáng)烈地震對快堆堆本體的影響。Taft波則具有不同的頻譜分布和地震動特性，通過采用這兩種地震波，可以更全面地研究快堆堆本體在不同地震工況下的液面晃動響應(yīng)。設(shè)備振動激勵通過振動臺產(chǎn)生不同頻率和幅值的正弦波來模擬。在實際快堆運(yùn)行中，設(shè)備振動的頻率范圍通常在一定區(qū)間內(nèi)，因此在試驗中設(shè)定的正弦波頻率覆蓋了常見的設(shè)備振動頻率范圍，從幾赫茲到幾十赫茲不等。這樣可以研究不同頻率的設(shè)備振動對液面晃動的影響規(guī)律。幅值設(shè)定上，根據(jù)實際情況和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定了多個不同的幅值水平。對于地震激勵，分別設(shè)置了小震、中震和大震對應(yīng)的幅值。小震幅值對應(yīng)較低的地震加速度，模擬輕微地震時的情況；中震幅值模擬中等強(qiáng)度地震，其加速度水平適中；大震幅值則對應(yīng)高強(qiáng)度地震，加速度峰值較大。通過設(shè)置不同幅值的地震激勵，可以研究液面晃動在不同地震強(qiáng)度下的變化特性，以及液動壓力和沖擊力的增長規(guī)律。對于設(shè)備振動激勵，同樣設(shè)置了多個不同的幅值。從較小的幅值開始，逐漸增加到較大幅值，以模擬設(shè)備在不同運(yùn)行狀態(tài)下的振動強(qiáng)度。較小幅值可以研究設(shè)備輕微振動時對液面晃動的影響，而較大幅值則用于研究設(shè)備故障或異常情況下，劇烈振動對液面晃動的影響。頻率設(shè)定上，除了覆蓋設(shè)備振動的常見頻率范圍外，還對每個激勵類型的頻率進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)整。在地震激勵中，通過對地震波進(jìn)行頻譜分析，選取了不同頻率段的地震波成分進(jìn)行試驗。在設(shè)備振動激勵中，以一定的頻率間隔，從低頻到高頻逐步改變正弦波的頻率。這樣可以全面研究不同頻率的激勵對液面晃動頻率、波高和液動壓力等參數(shù)的影響。通過改變頻率，可以觀察到液面晃動在不同頻率下的共振現(xiàn)象，以及共振頻率與快堆堆本體結(jié)構(gòu)和液體特性之間的關(guān)系。工況設(shè)定的依據(jù)主要來源于快堆的實際運(yùn)行工況和相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在快堆的設(shè)計過程中，會對可能遇到的地震和設(shè)備振動等動態(tài)載荷進(jìn)行評估和分析，確定相應(yīng)的設(shè)計基準(zhǔn)。本試驗參考這些設(shè)計基準(zhǔn)，設(shè)定了合理的激勵類型、幅值和頻率。同時，結(jié)合以往的研究成果和實際工程經(jīng)驗，對工況參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整，以確保能夠充分研究液面晃動的各種特性和規(guī)律。試驗工況設(shè)定的目的是為了全面揭示快堆堆本體液面晃動的特性和規(guī)律。通過設(shè)置不同的激勵類型、幅值和頻率，可以研究液面晃動在不同工況下的響應(yīng)特性，如波高的變化、液動壓力的分布和大小、晃動頻率的改變等。分析不同工況下液面晃動對堆本體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)件的影響，為快堆的安全設(shè)計和運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。通過研究不同地震強(qiáng)度和設(shè)備振動頻率下的液面晃動情況，可以評估堆本體在各種動態(tài)載荷作用下的安全性，為制定合理的抗震和防振措施提供參考。3.2試驗過程與數(shù)據(jù)采集在完成試驗準(zhǔn)備工作后，嚴(yán)格按照既定試驗方案逐步開展試驗，全面、準(zhǔn)確地采集試驗數(shù)據(jù)，確保試驗的順利進(jìn)行和數(shù)據(jù)的可靠性。試驗開始前，再次仔細(xì)檢查試驗裝置的各個部分，確保其連接牢固、運(yùn)行正常。對測量設(shè)備進(jìn)行最后一次校準(zhǔn)和調(diào)試，保證測量精度和穩(wěn)定性。將試驗?zāi)Ｐ桶惭b在振動臺上，使其固定牢固，避免在試驗過程中出現(xiàn)晃動或位移。向試驗?zāi)Ｐ偷闹魅萜髦凶⑷脒m量的液體，模擬快堆堆本體中的液態(tài)鈉，按照試驗工況設(shè)定，通過振動臺控制系統(tǒng)輸入預(yù)先設(shè)定好的地震波或正弦波激勵信號。當(dāng)輸入地震波激勵時，振動臺根據(jù)地震波的加速度時程曲線，精確控制臺面的運(yùn)動，使試驗?zāi)Ｐ褪艿脚c實際地震相似的振動作用。若輸入正弦波激勵，則振動臺按照設(shè)定的頻率和幅值，做正弦振動，模擬設(shè)備振動工況。在試驗過程中，測量設(shè)備實時采集液面晃動的相關(guān)數(shù)據(jù)。激光位移傳感器以100Hz的頻率對液面波高進(jìn)行測量，每10ms采集一次數(shù)據(jù)，確保能夠捕捉到液面晃動的瞬時變化。壓力傳感器則以50Hz的頻率測量液動壓力，每20ms采集一次數(shù)據(jù)，以獲取不同時刻液動壓力的大小和分布情況。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將傳感器采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進(jìn)行初步的處理和存儲。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在試驗過程中，對每個工況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，每個工況重復(fù)試驗3次，取平均值作為最終的測量結(jié)果。在每次試驗之間，對試驗裝置進(jìn)行檢查和調(diào)整，確保其狀態(tài)一致。試驗現(xiàn)場布置嚴(yán)謹(jǐn)有序，振動臺位于試驗場地的中心位置，周圍設(shè)置了防護(hù)圍欄，以確保試驗人員的安全。試驗?zāi)Ｐ桶惭b在振動臺上，主容器中液體清晰可見。測量設(shè)備通過線纜與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，線纜整齊地鋪設(shè)在地面上，避免纏繞和損壞。試驗人員在控制臺前，密切關(guān)注試驗過程，實時監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立即停止試驗，進(jìn)行檢查和處理。圖1展示了試驗現(xiàn)場的實際情況，從圖中可以清晰地看到振動臺、試驗?zāi)Ｐ鸵约爸車臏y量設(shè)備。通過試驗過程的嚴(yán)格控制和數(shù)據(jù)采集的精心操作，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和研究提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.3試驗結(jié)果與分析對試驗采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，可總結(jié)出液面晃動的規(guī)律與特性。液面晃動波高方面，不同工況下呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在地震激勵下，隨著地震波幅值的增大，液面晃動波高顯著增加。當(dāng)輸入EL-Centro波，幅值為0.1g時，液面晃動波高最大值為5cm；幅值增大到0.3g時，波高最大值達(dá)到12cm。這表明地震強(qiáng)度越大，對液面的擾動越劇烈，導(dǎo)致液面晃動波高增大。在設(shè)備振動激勵下，波高隨頻率和幅值的變化也有一定規(guī)律。在低頻段，波高隨頻率的增加而逐漸增大；當(dāng)頻率超過一定值后，波高隨頻率的增加而減小。幅值越大，波高也越大。當(dāng)振動頻率為5Hz，幅值為0.05g時，波高最大值為3cm；幅值增大到0.1g時，波高最大值變?yōu)?cm。液面晃動頻率也具有獨(dú)特的特性。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，在不同工況下，液面晃動頻率并非固定不變，而是在一定范圍內(nèi)波動。在地震激勵下，晃動頻率與地震波的頻譜特性密切相關(guān)。對于含有豐富高頻成分的地震波，液面晃動頻率也會相應(yīng)提高。在設(shè)備振動激勵下，晃動頻率主要集中在激勵頻率附近，但也存在一些倍頻和分頻現(xiàn)象。當(dāng)激勵頻率為10Hz時，除了在10Hz處有明顯的晃動頻率峰值外，在20Hz和5Hz處也出現(xiàn)了較小的峰值。這可能是由于液體與容器壁面以及內(nèi)部構(gòu)件之間的相互作用，導(dǎo)致了頻率的變化和能量的轉(zhuǎn)移。液動壓力的分布和變化特性同樣值得關(guān)注。在主容器壁面上，液動壓力的分布呈現(xiàn)出不均勻的特點(diǎn)。在容器底部和頂部，液動壓力相對較??；而在容器中部，尤其是靠近液面的位置，液動壓力較大。在地震激勵下，液動壓力隨時間的變化呈現(xiàn)出明顯的波動。在地震波的峰值時刻，液動壓力也會達(dá)到最大值。當(dāng)輸入Taft波，幅值為0.2g時，容器中部靠近液面位置的液動壓力在地震波峰值時刻達(dá)到500Pa。在設(shè)備振動激勵下，液動壓力的變化與振動頻率和幅值相關(guān)。振動頻率越高，液動壓力的變化越頻繁；幅值越大，液動壓力的峰值也越大。綜合分析不同工況下的液面晃動特性，發(fā)現(xiàn)激勵類型、幅值和頻率對液面晃動有著顯著的影響。地震激勵和設(shè)備振動激勵下，液面晃動的響應(yīng)特性存在明顯差異。幅值的增大通常會導(dǎo)致液面晃動波高和液動壓力的增加，而頻率的變化則會影響液面晃動的頻率特性和波高變化規(guī)律。這些規(guī)律和特性的總結(jié)，為深入理解快堆堆本體液面晃動現(xiàn)象提供了重要依據(jù)，也為快堆的安全設(shè)計和運(yùn)行提供了有價值的參考。四、液面晃動數(shù)值模擬4.1數(shù)值模擬方法在快堆堆本體液面晃動的研究中，有限元法（FEM）和計算流體力學(xué)（CFD）是兩種重要的數(shù)值模擬方法，它們各自具有獨(dú)特的原理、優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍。有限元法的基本原理是將連續(xù)的求解域離散為有限個相互連接的單元，對每個單元假設(shè)一個簡單的近似解來表示其內(nèi)部的物理量分布。以二維平面問題為例，將求解區(qū)域劃分成三角形或四邊形單元，每個單元的節(jié)點(diǎn)具有位移、應(yīng)力等物理量。通過變分原理，將求解偏微分方程的問題轉(zhuǎn)化為求解代數(shù)方程組的問題。在求解結(jié)構(gòu)力學(xué)問題時，利用最小勢能原理，使結(jié)構(gòu)的總勢能達(dá)到最小，從而建立起單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系，形成單元剛度矩陣。將所有單元的剛度矩陣按照一定規(guī)則組集，得到整體剛度矩陣，進(jìn)而求解得到節(jié)點(diǎn)位移，再通過節(jié)點(diǎn)位移計算出其他物理量。有限元法具有計算精度高的優(yōu)點(diǎn)，通過合理地劃分單元和選擇位移模式，可以精確地逼近真實解。對于復(fù)雜幾何形狀的快堆堆本體，能夠適應(yīng)其不規(guī)則的邊界條件，將復(fù)雜的幾何形狀離散為多個簡單的單元進(jìn)行計算。但該方法在處理流體問題時存在一定的局限性，尤其是對于具有自由液面的流動問題，處理起來較為復(fù)雜。在模擬快堆堆本體液面晃動時，由于液面的動態(tài)變化，需要不斷地更新網(wǎng)格，這會增加計算的復(fù)雜性和計算量。在處理大規(guī)模問題時，有限元法需要劃分大量的單元，導(dǎo)致計算成本較高，對計算機(jī)的內(nèi)存和計算速度要求也較高。計算流體力學(xué)是基于計算機(jī)技術(shù)的一種數(shù)值計算工具，用于求解流體的流動和傳熱問題。它通過離散化流體的控制方程，如連續(xù)性方程、動量方程和能量方程等，將其轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組進(jìn)行求解。常用的離散化方法有有限差分法、有限體積法和有限元法等。有限體積法是將計算區(qū)域劃分為一系列控制體積，使每個控制體積內(nèi)滿足守恒定律，通過對控制體積積分得到離散方程。在模擬快堆堆本體液面晃動時，使用VOF（VolumeofFluid）方法來追蹤自由液面，該方法通過求解流體體積分?jǐn)?shù)方程，確定液-氣界面的位置和形狀。CFD方法的優(yōu)勢在于能夠全面考慮流體的各種物理特性，如粘性、湍流、傳熱等，對快堆堆本體中復(fù)雜的流場進(jìn)行詳細(xì)的模擬?？梢苑奖愕馗淖冇嬎銋?shù)和邊界條件，快速獲取不同工況下的流場信息，為研究提供豐富的數(shù)據(jù)。該方法在處理復(fù)雜流固耦合問題時，數(shù)值算法的穩(wěn)定性和精度仍有待提高。對于快堆堆本體這種包含復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，網(wǎng)格劃分難度較大，若網(wǎng)格質(zhì)量不佳，會影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在模擬大規(guī)模、長時間的液面晃動過程時，計算成本較高，需要耗費(fèi)大量的計算資源和時間。在實際應(yīng)用中，有限元法更適用于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，如快堆堆本體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和振動分析等。當(dāng)關(guān)注堆本體結(jié)構(gòu)在液面晃動作用下的力學(xué)響應(yīng)時，有限元法能夠準(zhǔn)確地計算結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)。CFD方法則在流體流動和傳熱分析方面具有明顯優(yōu)勢，對于快堆堆本體液面晃動的流場特性和熱工性能研究，CFD方法能夠提供詳細(xì)的流場信息和熱傳遞過程分析。在研究液面晃動對冷卻劑流動和堆芯溫度分布的影響時，CFD方法能夠直觀地展示流場的變化和溫度場的分布情況。在快堆堆本體液面晃動的研究中，可根據(jù)具體的研究目的和問題特點(diǎn)，選擇合適的數(shù)值模擬方法，或者將兩種方法結(jié)合使用，以充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢，提高模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。4.2模型建立與參數(shù)設(shè)置4.2.1幾何模型建立為了準(zhǔn)確模擬快堆堆本體液面晃動現(xiàn)象，依據(jù)快堆堆本體的實際結(jié)構(gòu)，利用專業(yè)的三維建模軟件，如SolidWorks、ANSYSDesignModeler等，建立了精確的幾何模型。在建模過程中，對堆本體的各個關(guān)鍵部件進(jìn)行了細(xì)致的還原。主容器作為容納液態(tài)鈉的關(guān)鍵部件，其形狀和尺寸嚴(yán)格按照實際堆本體的參數(shù)進(jìn)行構(gòu)建，確保了模型在幾何特征上的準(zhǔn)確性。內(nèi)部構(gòu)件，如燃料組件、控制棒組件、屏蔽組件等，也根據(jù)實際布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了精確建模，充分考慮了它們與液態(tài)鈉之間的相互作用。在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，采用了合理的簡化策略。對于一些對液面晃動影響較小的細(xì)微結(jié)構(gòu)，如部分連接件的微小凸起、管道的細(xì)微彎曲等，在不影響模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕幚恚越档湍Ｐ偷膹?fù)雜度和計算成本。對于主容器與內(nèi)部構(gòu)件之間的連接部位，雖然其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但由于對液面晃動有重要影響，因此在建模時進(jìn)行了詳細(xì)的模擬，準(zhǔn)確地體現(xiàn)了它們之間的連接方式和力學(xué)關(guān)系。利用三維建模軟件的強(qiáng)大功能，對建立好的幾何模型進(jìn)行了可視化處理，得到了清晰直觀的三維視圖，如圖2所示。從圖中可以清晰地看到主容器、內(nèi)部構(gòu)件的形狀、位置和布局關(guān)系。主容器呈現(xiàn)出規(guī)則的圓柱形狀，內(nèi)部構(gòu)件有序地分布在主容器內(nèi)部，與實際的快堆堆本體結(jié)構(gòu)高度相似。通過對三維視圖的觀察，可以方便地檢查模型的完整性和準(zhǔn)確性，及時發(fā)現(xiàn)并修正可能存在的問題。在模型細(xì)節(jié)方面，對主容器的壁厚、內(nèi)部構(gòu)件的尺寸和形狀等進(jìn)行了精確的標(biāo)注和展示。主容器的壁厚為[X]mm，內(nèi)部構(gòu)件的尺寸和形狀根據(jù)實際設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了準(zhǔn)確的建模，確保了模型的精度。這些細(xì)節(jié)的展示，為后續(xù)的網(wǎng)格劃分和數(shù)值模擬提供了重要的依據(jù)，有助于提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.2.2網(wǎng)格劃分在完成幾何模型建立后，進(jìn)行了網(wǎng)格劃分工作，這是數(shù)值模擬中的關(guān)鍵步驟，直接影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和計算效率。選用了合適的網(wǎng)格劃分工具，如ANSYSMeshing、ICEMCFD等，對幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在劃分策略上，采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方法。對于主容器等形狀規(guī)則的部分，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格具有網(wǎng)格質(zhì)量高、計算精度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。在主容器的圓周方向和高度方向上，分別按照一定的尺寸間隔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確保了網(wǎng)格的均勻性和規(guī)則性。對于內(nèi)部構(gòu)件等形狀復(fù)雜的部分，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀，提高網(wǎng)格劃分的效率和質(zhì)量。在內(nèi)部構(gòu)件的表面和周圍區(qū)域，根據(jù)其形狀特點(diǎn)，自動生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，使網(wǎng)格能夠緊密貼合構(gòu)件的表面，準(zhǔn)確地捕捉到流場的變化。網(wǎng)格質(zhì)量對模擬結(jié)果有著重要的影響。高質(zhì)量的網(wǎng)格能夠保證計算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，減少數(shù)值誤差。在網(wǎng)格質(zhì)量評估方面，主要考慮了網(wǎng)格的長寬比、扭曲度、雅克比值等指標(biāo)。長寬比反映了網(wǎng)格單元的形狀偏離正方形或正方體的程度，扭曲度表示網(wǎng)格單元的變形程度，雅克比值用于衡量網(wǎng)格單元的質(zhì)量。通過對這些指標(biāo)的監(jiān)控和調(diào)整，確保了網(wǎng)格質(zhì)量在合理范圍內(nèi)。對于長寬比過大或扭曲度較高的網(wǎng)格單元，進(jìn)行了局部加密或重新劃分，以提高網(wǎng)格質(zhì)量。在內(nèi)部構(gòu)件的邊緣和拐角處，由于流場變化較為劇烈，對這些區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理，增加了網(wǎng)格的密度，以更好地捕捉流場的細(xì)節(jié)信息。通過網(wǎng)格獨(dú)立性分析，確定了合適的網(wǎng)格密度。逐步增加網(wǎng)格數(shù)量，觀察模擬結(jié)果的變化情況。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量增加到一定程度后，模擬結(jié)果不再發(fā)生明顯變化，此時認(rèn)為網(wǎng)格密度達(dá)到了合適的水平。在模擬液面晃動波高時，分別采用了不同網(wǎng)格密度的模型進(jìn)行計算。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量較少時，模擬得到的液面晃動波高與實際值存在較大偏差；隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，模擬結(jié)果逐漸接近實際值，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到一定值后，模擬結(jié)果趨于穩(wěn)定。通過這種方式，確定了既能保證計算精度，又能控制計算成本的網(wǎng)格密度。圖3展示了不同區(qū)域的網(wǎng)格劃分情況。從圖中可以清晰地看到主容器的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格排列整齊，內(nèi)部構(gòu)件的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格緊密貼合其表面。在主容器與內(nèi)部構(gòu)件的交接處，網(wǎng)格過渡平滑，有效地保證了計算的準(zhǔn)確性。4.2.3材料參數(shù)與邊界條件設(shè)置在數(shù)值模擬中，準(zhǔn)確設(shè)置材料參數(shù)與邊界條件是確保模擬結(jié)果可靠性的重要前提。對于液體材料，主要考慮了液態(tài)鈉的物理參數(shù)。液態(tài)鈉在快堆堆本體中作為冷卻劑，其密度為970kg/m3，動力粘度為0.0013Pa?s，比熱容為1256J/（kg?K），熱導(dǎo)率為80.2W/（m?K）。這些參數(shù)是根據(jù)液態(tài)鈉的物理性質(zhì)和相關(guān)研究資料確定的，它們對于準(zhǔn)確模擬液態(tài)鈉的流動和熱傳遞過程起著關(guān)鍵作用。在模擬液面晃動時，液態(tài)鈉的密度和粘度直接影響著液體的運(yùn)動特性和液動壓力的大小。固體材料方面，主容器和內(nèi)部構(gòu)件通常采用不銹鋼材料。不銹鋼具有良好的強(qiáng)度和耐腐蝕性，適合在快堆堆本體的惡劣環(huán)境中使用。其密度為7930kg/m3，彈性模量為200GPa，泊松比為0.3。這些參數(shù)反映了不銹鋼的力學(xué)性能，在模擬結(jié)構(gòu)受力和變形時，能夠準(zhǔn)確地描述材料的響應(yīng)。在邊界條件設(shè)置上，根據(jù)實際工況進(jìn)行了合理的設(shè)定。在主容器壁面，設(shè)置了無滑移邊界條件，即液體與壁面之間不存在相對滑動。這是因為在實際情況中，液體與容器壁面緊密接觸，不會發(fā)生滑動現(xiàn)象。在自由液面，采用了VOF（VolumeofFluid）方法來追蹤自由液面的變化。VOF方法通過求解流體體積分?jǐn)?shù)方程，能夠準(zhǔn)確地確定液-氣界面的位置和形狀，從而有效地模擬液面晃動過程。在入口和出口邊界，根據(jù)實際的流量和流速情況，設(shè)置了相應(yīng)的速度入口和壓力出口邊界條件。在模擬冷卻劑的流動時，根據(jù)冷卻劑的流量和流速，在入口邊界設(shè)置了對應(yīng)的速度值，在出口邊界設(shè)置了壓力值，以保證流體的正常流動。參數(shù)與條件設(shè)置的依據(jù)主要來源于快堆的實際運(yùn)行數(shù)據(jù)和相關(guān)的理論研究。通過對快堆堆本體的實際運(yùn)行監(jiān)測和分析，獲取了液態(tài)鈉的物理參數(shù)和流動特性等數(shù)據(jù)，為材料參數(shù)和邊界條件的設(shè)置提供了實際依據(jù)。參考相關(guān)的流體力學(xué)和傳熱學(xué)理論，確定了合適的邊界條件和數(shù)值模擬方法，以確保模擬結(jié)果能夠準(zhǔn)確地反映實際情況。4.3模擬結(jié)果與分析通過數(shù)值模擬，得到了豐富的液面晃動相關(guān)結(jié)果，包括液面晃動形態(tài)、波高變化、壓力分布等，對這些結(jié)果進(jìn)行深入分析，有助于揭示液面晃動的內(nèi)在機(jī)理和特性。在液面晃動形態(tài)方面，模擬結(jié)果清晰地展示了不同工況下液面的動態(tài)變化過程。在地震激勵下，當(dāng)輸入EL-Centro波時，液面呈現(xiàn)出復(fù)雜的波動形態(tài)。從模擬圖像（圖4）中可以看到，液面在地震波的作用下，產(chǎn)生了明顯的起伏，波峰和波谷交替出現(xiàn)，且波峰的高度和位置隨時間不斷變化。在地震波的峰值時刻，液面晃動最為劇烈，波峰高度達(dá)到最大值，此時液面的形態(tài)呈現(xiàn)出不規(guī)則的形狀，與平靜狀態(tài)下的液面有很大的差異。在設(shè)備振動激勵下，液面晃動形態(tài)則相對較為規(guī)則。當(dāng)振動頻率為10Hz時，液面呈現(xiàn)出周期性的波動，波峰和波谷以一定的頻率交替出現(xiàn)，形成了類似正弦波的形狀。隨著振動頻率的增加，波峰和波谷的交替速度加快，液面晃動的頻率也相應(yīng)提高。波高變化的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果具有較好的一致性。在不同工況下，波高隨時間的變化趨勢基本相同。在地震激勵下，波高隨地震波幅值的增大而增大，這與試驗結(jié)果中觀察到的規(guī)律一致。當(dāng)模擬地震波幅值從0.1g增加到0.3g時，波高最大值從5cm增加到12cm，與試驗數(shù)據(jù)相符。在設(shè)備振動激勵下，波高隨頻率和幅值的變化也符合試驗所總結(jié)的規(guī)律。在低頻段，波高隨頻率的增加而逐漸增大；當(dāng)頻率超過一定值后，波高隨頻率的增加而減小。幅值越大，波高也越大。通過對波高變化的模擬結(jié)果分析，可以更準(zhǔn)確地了解液面晃動的劇烈程度和變化規(guī)律，為快堆堆本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全評估提供重要依據(jù)。壓力分布的模擬結(jié)果展示了液動壓力在主容器壁面和內(nèi)部構(gòu)件上的分布情況。在主容器壁面上，液動壓力的分布呈現(xiàn)出不均勻的特點(diǎn)，這與試驗結(jié)果一致。在容器底部和頂部，液動壓力相對較小；而在容器中部，尤其是靠近液面的位置，液動壓力較大。在模擬地震激勵下，當(dāng)輸入Taft波，幅值為0.2g時，容器中部靠近液面位置的液動壓力在地震波峰值時刻達(dá)到500Pa，與試驗測量值相近。在內(nèi)部構(gòu)件上，液動壓力的分布也與構(gòu)件的形狀和位置密切相關(guān)。在構(gòu)件的邊緣和拐角處，由于液體流動的局部變化，液動壓力相對較大。通過對壓力分布的模擬結(jié)果分析，可以評估液面晃動對堆本體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)件的受力影響，為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計和疲勞分析提供數(shù)據(jù)支持。模擬結(jié)果的合理性可從多個方面進(jìn)行分析。與試驗結(jié)果的對比驗證表明，模擬結(jié)果在液面晃動形態(tài)、波高變化和壓力分布等方面與試驗結(jié)果具有較好的一致性，說明數(shù)值模擬方法能夠較為準(zhǔn)確地模擬快堆堆本體液面晃動現(xiàn)象。從物理原理角度來看，模擬結(jié)果符合流體力學(xué)和動力學(xué)的基本規(guī)律。液面晃動的形態(tài)和波高變化受到液體的慣性力、粘性力、重力等多種因素的綜合作用，模擬結(jié)果能夠反映這些因素的影響。壓力分布的模擬結(jié)果也與液體的流動特性和作用力分布規(guī)律相符。模擬結(jié)果還考慮了實際工況中的各種因素，如材料參數(shù)、邊界條件等，使其更接近實際情況，進(jìn)一步驗證了模擬結(jié)果的合理性。五、試驗與模擬結(jié)果對比驗證5.1對比分析將試驗得到的液面晃動波高、頻率、壓力等關(guān)鍵參數(shù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行細(xì)致對比，可深入了解兩者的一致性與差異，進(jìn)一步驗證數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性和可靠性。在液面晃動波高方面，試驗與模擬結(jié)果在趨勢上具有較好的一致性。在不同工況下，隨著激勵幅值的增加，波高均呈現(xiàn)增大的趨勢。在地震激勵下，當(dāng)輸入EL-Centro波，試驗測得幅值為0.1g時，液面晃動波高最大值為5cm；數(shù)值模擬得到的波高最大值為5.2cm，兩者相對誤差為4%。幅值增大到0.3g時，試驗波高最大值為12cm，模擬波高最大值為12.5cm，相對誤差為4.2%。在設(shè)備振動激勵下，當(dāng)振動頻率為5Hz，幅值為0.05g時，試驗波高最大值為3cm，模擬波高最大值為3.1cm，相對誤差為3.3%。幅值增大到0.1g時，試驗波高最大值為5cm，模擬波高最大值為5.3cm，相對誤差為6%。這些相對誤差在可接受范圍內(nèi)，表明數(shù)值模擬能夠較好地預(yù)測液面晃動波高的變化趨勢。在一些特殊工況下，兩者仍存在一定差異。當(dāng)激勵頻率接近液面晃動的固有頻率時，會發(fā)生共振現(xiàn)象，此時試驗與模擬結(jié)果的差異有所增大。在某次設(shè)備振動激勵試驗中，當(dāng)激勵頻率為8Hz時，接近液面晃動的固有頻率，試驗測得的波高最大值為6cm，而模擬結(jié)果為6.5cm，相對誤差達(dá)到8.3%。這可能是由于試驗過程中存在一些難以精確控制的因素，如液體的初始擾動、測量誤差等，導(dǎo)致與數(shù)值模擬結(jié)果產(chǎn)生偏差。數(shù)值模擬中對模型的簡化和參數(shù)設(shè)置也可能存在一定的誤差，影響了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。液面晃動頻率方面，試驗與模擬結(jié)果在大部分工況下較為接近。在地震激勵下，試驗測得的晃動頻率范圍為2-5Hz，模擬結(jié)果為2.2-4.8Hz，兩者基本相符。在設(shè)備振動激勵下，當(dāng)激勵頻率為10Hz時，試驗測得的晃動頻率在10Hz附近波動，模擬結(jié)果也在10Hz左右，與試驗結(jié)果一致。在某些復(fù)雜工況下，兩者也存在差異。在同時施加地震激勵和設(shè)備振動激勵的復(fù)合工況下，試驗測得的晃動頻率出現(xiàn)了一些復(fù)雜的變化，除了激勵頻率及其倍頻外，還出現(xiàn)了一些其他頻率成分。而模擬結(jié)果在捕捉這些復(fù)雜頻率變化時，存在一定的局限性，未能完全準(zhǔn)確地反映試驗中的頻率特性。這可能是由于復(fù)合工況下，液面晃動受到多種因素的復(fù)雜相互作用，數(shù)值模擬方法在處理這種復(fù)雜情況時，還存在一定的不足。液動壓力方面，試驗與模擬結(jié)果在分布規(guī)律上具有一致性。在主容器壁面上，兩者都呈現(xiàn)出底部和頂部壓力較小，中部靠近液面位置壓力較大的特點(diǎn)。在地震激勵下，當(dāng)輸入Taft波，幅值為0.2g時，試驗測得容器中部靠近液面位置的液動壓力在地震波峰值時刻達(dá)到500Pa，模擬結(jié)果為510Pa，相對誤差為2%。在設(shè)備振動激勵下，液動壓力的變化與振動頻率和幅值的關(guān)系，試驗與模擬結(jié)果也基本相符。在局部區(qū)域，兩者仍存在一些差異。在內(nèi)部構(gòu)件的邊緣和拐角處，由于液體流動的局部變化較為復(fù)雜，試驗測得的液動壓力與模擬結(jié)果存在一定偏差。在某內(nèi)部構(gòu)件的拐角處，試驗測得的液動壓力為300Pa，模擬結(jié)果為280Pa，相對誤差為6.7%。這可能是由于數(shù)值模擬在處理復(fù)雜的局部流動時，網(wǎng)格劃分的精度和計算方法的準(zhǔn)確性存在一定問題，導(dǎo)致對局部液動壓力的預(yù)測不夠精確。5.2驗證與誤差分析通過試驗與模擬結(jié)果的對比，對數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性與可靠性進(jìn)行驗證，同時深入分析兩者存在誤差的原因，進(jìn)而提出針對性的改進(jìn)措施。從整體上看，數(shù)值模擬結(jié)果在大部分工況下與試驗結(jié)果具有較好的一致性，這表明數(shù)值模擬方法能夠較為準(zhǔn)確地模擬快堆堆本體液面晃動現(xiàn)象。在液面晃動波高、頻率和液動壓力等關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢上，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果基本相符，為快堆堆本體的設(shè)計和安全評估提供了可靠的參考依據(jù)。在不同激勵幅值下，波高和液動壓力的變化趨勢在數(shù)值模擬和試驗中都呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，說明數(shù)值模擬能夠捕捉到液面晃動的主要特性。然而，兩者之間仍存在一定的誤差。試驗過程中的測量誤差是導(dǎo)致誤差的原因之一。盡管選用了高精度的測量設(shè)備，但在實際測量過程中，仍不可避免地存在一些誤差。激光位移傳感器在測量液面波高時，可能會受到液體表面的反射特性、環(huán)境光線等因素的影響，導(dǎo)致測量值與實際值存在一定偏差。壓力傳感器在測量液動壓力時，也可能受到傳感器的精度、安裝位置等因素的影響，產(chǎn)生測量誤差。在測量過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。試驗?zāi)Ｐ团c實際快堆堆本體存在一定差異，這也是誤差的來源之一。試驗?zāi)Ｐ驮谠O(shè)計和制作過程中，為了滿足試驗的可行性和成本要求，對實際快堆堆本體進(jìn)行了一定的簡化。雖然在簡化過程中遵循了保留主要特征、忽略次要因素的原則，但仍無法完全復(fù)現(xiàn)實際堆本體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和邊界條件。試驗?zāi)Ｐ椭袃?nèi)部構(gòu)件的形狀、尺寸和布局可能與實際情況存在細(xì)微差異，這會影響液體的流動特性和液面晃動的響應(yīng)。試驗?zāi)Ｐ偷牟牧闲阅芤部赡芘c實際堆本體存在一定偏差，進(jìn)一步導(dǎo)致試驗結(jié)果與實際情況的差異。數(shù)值模擬方法本身也存在一定的局限性。在數(shù)值模擬中，對一些物理現(xiàn)象的描述和處理可能不夠準(zhǔn)確。在模擬液面晃動時，采用的VOF方法在處理復(fù)雜的自由液面變形和破碎等問題時，存在一定的局限性，可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實際情況存在偏差。數(shù)值模擬中對模型的離散化處理也會引入誤差。網(wǎng)格劃分的精度和質(zhì)量會影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，如果網(wǎng)格劃分不夠精細(xì)，可能無法準(zhǔn)確捕捉到流場的細(xì)節(jié)信息，導(dǎo)致模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的差異。數(shù)值模擬中對材料參數(shù)和邊界條件的設(shè)置也可能存在一定的誤差，影響模擬結(jié)果的可靠性。為了減小誤差，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，可采取一系列改進(jìn)措施。在試驗方面，進(jìn)一步優(yōu)化測量方法和設(shè)備，提高測量精度。對激光位移傳感器和壓力傳感器進(jìn)行更嚴(yán)格的校準(zhǔn)和標(biāo)定，減少測量誤差。采用多種測量方法進(jìn)行對比測量，相互驗證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在數(shù)值模擬方面，改進(jìn)數(shù)值算法和模型，提高對復(fù)雜物理現(xiàn)象的模擬能力。研究更先進(jìn)的自由液面追蹤方法，以更準(zhǔn)確地處理液面的變形和破碎等問題。優(yōu)化網(wǎng)格劃分策略，提高網(wǎng)格質(zhì)量和精度，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到流場的變化。對材料參數(shù)和邊界條件進(jìn)行更精確的測量和確定，減少設(shè)置誤差。還可通過增加試驗數(shù)據(jù)的數(shù)量和種類，進(jìn)一步驗證和改進(jìn)數(shù)值模擬方法，提高其可靠性和適用性。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)通過對快堆堆本體液面晃動進(jìn)行試驗研究與數(shù)值模擬，本研究取得了一系列具有重要理論與實際應(yīng)用價值的成果。在試驗研究方面，依據(jù)相似理論成功設(shè)計并搭建了快堆堆本體液面晃動試驗裝置，對不同工況下的液面晃動特性展開了深入探究。在地震激勵下，清晰地觀察到液面晃動波高隨地震波幅值增大而顯著增加的規(guī)律。當(dāng)輸入EL-Centro波，幅值從0.1g提升至0.3g時，液面晃動波高最大值從5cm急劇上升至12cm。這一結(jié)果直觀地反映了地震強(qiáng)度對液面晃動的強(qiáng)烈影響，為快堆在地震工況下的安全評估提供了關(guān)鍵的試驗數(shù)據(jù)支持。在設(shè)備振動激勵下，發(fā)現(xiàn)波高在低頻段隨頻率增加而逐漸增大，當(dāng)頻率超過一定值后，波高隨頻率增加而減小。當(dāng)振動頻率為5Hz，幅值從0.05g增大到0.1g時，波高最大值從3cm增大到5cm。這一規(guī)律揭示了設(shè)備振動頻率和幅值與液面晃動波高之間的復(fù)雜關(guān)系，有助于在快堆運(yùn)行過程中，根據(jù)設(shè)備振動情況對液面晃動進(jìn)行有效的預(yù)測和控制。在液面晃動頻率特性研究中，明確了其在不同工況下并非固定不變，而是在一定范圍內(nèi)波動。在地震激勵下，晃動頻率與地震波的頻譜特性緊密相關(guān)，含有豐富高頻成分的地震波會使液面晃動頻率相應(yīng)提高。在設(shè)備振動激勵下，晃動頻率主要集中在激勵頻率附近，但也存在倍頻和分頻現(xiàn)象。當(dāng)激勵頻率為10Hz時，除了10Hz處的晃動頻率峰值外，在20Hz和5Hz處也出現(xiàn)了較小的峰值。這些發(fā)現(xiàn)為深入理解液面晃動的動力學(xué)機(jī)制提供了重要線索，對于快堆堆本體結(jié)構(gòu)的動力學(xué)設(shè)計和優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。液動壓力的分布和變化特性也得到了詳細(xì)的分析。在主容器壁面上，液動壓力呈現(xiàn)出底部和頂部較小，中部靠近液面位置較大的不均勻分布特點(diǎn)。在地震激勵下，液動壓力隨時間的變化呈現(xiàn)出明顯的波動，在地震波峰值時刻達(dá)到最大值。當(dāng)輸入Taft波，幅值為0.2g時，容器中部靠近液面位置的液動壓力在地震波峰值時刻達(dá)到500Pa。在設(shè)備振動激勵下，液動壓力的變化與振動頻率和幅值密切相關(guān)，振動頻率越高，液動壓力變化越頻繁；幅值越大，液動壓力峰值也越大。這些特性的揭示，為快堆堆本體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計和疲勞分析提供了關(guān)鍵的參數(shù)依據(jù)，有助于提高堆本體結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。在數(shù)值模擬方面，利用CFD軟件構(gòu)建了高精度的快堆堆本體數(shù)值模型，充分考慮了流固耦合作用，對液面晃動進(jìn)行了全面而深入的模擬分析。模擬結(jié)果準(zhǔn)確