核电站燃料组件设计计算书

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

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一、栅元功率分布计算,,,,,,,,,

1,堆芯热功率,Q,设计值,,MW,3000,反应堆堆芯热功率,设计任务书,

2,燃料组件数量,N,设计值,,,157,反应堆堆芯燃料组件数量,设计图纸,

3,单组件平均功率,P_avg,计算值,P_avg=Q/N,kW,19.1,单个燃料组件平均功率,核反应堆物理分析,

4,燃料棒数量,n,设计值,,,264,单个燃料组件燃料棒数量,设计图纸,

5,单棒平均功率,P_rod,计算值,P_rod=P_avg/n,kW,72.3,单根燃料棒平均功率,核反应堆物理分析,

6,燃料棒长度,L,设计值,,cm,365,燃料棒有效长度,设计图纸,

7,平均线功率密度,q'_avg,计算值,q'_avg=P_rod/L,W/cm,198,燃料棒平均线功率密度,核反应堆热工分析,

8,功率分布峰值因子,F_q,计算值,,,1.5,燃料组件功率分布峰值因子,NB/T20057.3-2023,

9,峰值线功率密度,q'_max,计算值,q'_max=q'_avg×F_q,W/cm,297,燃料棒峰值线功率密度,核反应堆热工分析,

10,临界线功率密度,q'_lim,查表值,,W/cm,400,燃料棒临界线功率密度,NB/T20057.3-2023,

11,线功率密度校核,,计算值,q'_max≤q'_lim,,满足,峰值线功率密度满足安全要求,NB/T20057.3-2023,

二、包壳应力计算,,,,,,,,,

12,包壳外径,d_o,设计值,,mm,9.5,燃料棒包壳外径,设计图纸,

13,包壳内径,d_i,设计值,,mm,8.36,燃料棒包壳内径,设计图纸,

14,包壳厚度,t,设计值,,mm,0.57,燃料棒包壳厚度,设计图纸,

15,包壳材料屈服强度,σ_y,查表值,,MPa,450,Zr-4合金屈服强度,材料手册,

16,冷却剂压力,P_cool,设计值,,MPa,15.5,一回路冷却剂压力,GB/T16702.1-2025,

17,包壳内压,P_gap,计算值,,MPa,3.5,燃料棒包壳内压,燃料性能分析,

18,温度差,ΔT,计算值,,℃,300,包壳内外壁温度差,核反应堆热工分析,

19,热膨胀系数,α,查表值,,10^-6/℃,5.8,Zr-4合金热膨胀系数,材料手册,

20,弹性模量,E,查表值,,GPa,95,Zr-4合金弹性模量,材料手册,

21,包壳环向应力,σ_θ,计算值,σ_θ=(P_cool-P_gap)×d_o/(2×t),MPa,195,包壳环向应力,厚壁圆筒应力公式,

22,包壳轴向应力,σ_z,计算值,σ_z=(P_cool-P_gap)×d_o/(4×t),MPa,97.5,包壳轴向应力,厚壁圆筒应力公式,

23,热应力,σ_th,计算值,σ_th=E×α×ΔT/(1-ν),MPa,185,包壳热应力,热应力计算公式,

24,总应力,σ_total,计算值,σ_total=σ_θ+σ_th,MPa,380,包壳总应力,应力叠加原理,

25,包壳应力校核,,计算值,σ_total≤σ_y,,满足,包壳总应力小于屈服强度,GB11925-89,

三、腐蚀计算,,,,,,,,,

26,运行温度,T,计算值,,℃,350,燃料包壳运行温度,核反应堆热工分析,

27,运行时间,t,设计值,,h,43800,燃料组件运行时间,设计寿命,

28,氧化速率常数,k,查表值,,mg/dm²,2.5,Zr-4合金氧化速率常数,材料腐蚀试验,

29,氧化层厚度,δ,计算值,δ=k×√t,μm,12.5,包壳氧化层厚度,抛物线氧化规律,

30,腐蚀速率,v,计算值,v=dδ/dt=k/(2×√t),μm/h,0.000286,包壳腐蚀速率,氧化动力学公式,

31,允许氧化层厚度,δ_allow,查表值,,μm,20,包壳允许最大氧化层厚度,NB/T20057.3-2023,

32,腐蚀深度,d_corr,计算值,d_corr=δ/2,μm,6.25,包壳腐蚀深度,腐蚀理论,

33,剩余厚度,t_rem,计算值,t_rem=t-d_corr,mm,0.564,包壳剩余厚度,腐蚀计算,

34,腐蚀校核,,计算值,δ≤δ_allow,,满足,氧化层厚度满足安全要求,NB/T20057.3-2023,

四、肿胀计算,,,,,,,,,

35,燃耗深度,B,设计值,,GWd/tU,50,燃料组件燃耗深度,设计任务书,

36,固体肿胀系数,α_s,查表值,,%,0.3,UO₂固体肿胀系数,燃料性能数据,

37,气体肿胀系数,α_g,查表值,,%,0.8,UO₂气体肿胀系数,燃料性能数据,

38,固体肿胀量,ΔV_s,计算值,ΔV_s=α_s×B,%,15,燃料芯块固体肿胀量,辐照肿胀理论,

39,气体肿胀量,ΔV_g,计算值,ΔV_g=α_g×B,%,40,燃料芯块气体肿胀量,辐照肿胀理论,

40,总肿胀量,ΔV_total,计算值,ΔV_total=ΔV_s+ΔV_g,%,55,燃料芯块总肿胀量,肿胀叠加原理,

41,临界肿胀量,ΔV_crit,查表值,,%,70,燃料芯块临界肿胀量,NB/T20057.3-2023,

42,肿胀应变,ε,计算值,ε=ΔV_total/3,%,18.3,燃料芯块肿胀应变,体积应变关系,

43,肿胀压力,P