專利名稱:輕水反應(yīng)堆的燃料組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輕水反應(yīng)堆，更具體地說，涉及一種輕水反應(yīng)堆的燃料組件。
背景技術(shù)：
目前，輕水反應(yīng)堆的燃料組件通常沿其長度方向間隔分布有數(shù)個格架，每一格架包括垂直交叉的數(shù)個條帶并由所述條帶分成數(shù)個柵元，燃料棒插入到這些柵元中。燃料組件還包括數(shù)根導(dǎo)管及上、下管座，這些導(dǎo)管代替燃料棒插入在格架的某些柵元中，確保格架固定在沿燃料組件的導(dǎo)管長度分布的位置上。這些燃料棒和導(dǎo)管密集陣列，與格架及上、下管座一起組成燃料組件。
如圖1a所示，為ー現(xiàn)有輕水反應(yīng)堆的燃料組件中燃料棒11在格架12中的排布方式，其中格架12由垂直交叉的條帶121分成呈矩形陣列排布的多個柵元122，每ー柵元122呈正方形，燃料棒11對應(yīng)插設(shè)于格架12的柵元122中并位于該柵元122的中心，即任意兩相鄰燃料棒11之間的條帶121位于該兩相鄰燃料棒11之間的中心平面，通常，兩相鄰燃料棒11之間棒間距為12.595mm，燃料棒11的直徑為9.5mm，條帶121的厚度為0.4mm。如圖1b所示,為流體流經(jīng)圖1a所示燃料組件的速度(Velocity)場示意圖，從圖1b可以看出，流體流經(jīng)燃料棒11和格架12吋，由于粘性流體的壁面切應(yīng)カ使流體損失能量，會在條帶121和燃料棒11的表面產(chǎn)生摩擦阻力，在其表面附近會形成低速區(qū)，尤其是在燃料棒11的表面附近的低流速，這會惡化傳熱。由于燃料棒11表面和條帶121表面存在流體低速區(qū)，容易增加壓降，從圖1b可以看出在任意呈2X2矩陣分布的四個相鄰燃料棒11構(gòu)成的通道中心內(nèi)存在ー個低流速點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種可以增強(qiáng)傳熱的輕水反應(yīng)堆的燃料組件。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
提供一種輕水反應(yīng)堆的燃料組件，包括數(shù)根燃料棒及格架，所述格架被分隔成呈矩形陣列排列的數(shù)個柵元，所述燃料棒分別插入與之對應(yīng)的柵元中并排列成數(shù)行與數(shù)列，所述數(shù)根燃料棒中至少有一部分燃料棒偏離與之對應(yīng)的柵元的中心設(shè)置，使得部分列的燃料棒中少存在兩相鄰燃料棒的中心之間的距離大于與該兩相鄰燃料棒相對應(yīng)的兩柵元的中心之間的距離。
優(yōu)選地，所述燃料棒在進(jìn)行偏離設(shè)置時，每一行燃料棒均朝向該行的同一端偏離，至少有一行燃料棒的偏離方向與相鄰的另一行燃料棒的偏離方向相反，使得同一列的燃料棒中少存在兩相鄰燃料棒的中心之間的距離大于與該兩相鄰燃料棒相對應(yīng)的兩柵元的中心之間的距離。
優(yōu)選地，所述格架包括呈垂直交叉的數(shù)根條帶，并由所述條帶將格架分隔成所述數(shù)個柵元，每ー柵元呈正方形，同一行燃料棒中兩相鄰燃料棒距該兩相鄰燃料棒之間的條帶的距離不相等。
優(yōu)選地，所述燃料棒的偏離距離均相同，任意呈2X2矩陣分布的4根相鄰的燃料棒排列成菱形。
優(yōu)選地，所述燃料棒均靠近與之對應(yīng)的柵元的角落設(shè)置，燃料棒在行方向與列方向同時發(fā)生偏離。
優(yōu)選地，所述燃料棒偏離至與條帶相貼合。
優(yōu)選地，所述燃料棒在列方向均朝向格架的同一側(cè)偏離。
優(yōu)選地，至少有一列燃料棒在列方向的偏離方向與相鄰的另一列燃料棒在列方向的偏離方向相反。
優(yōu)選地，所述燃料組件中，一部分呈2X2矩陣分布的4根相鄰的燃料棒排列成菱形，另一部分呈2X2矩陣分布的4根相鄰的燃料棒排列成正方形。
優(yōu)選地，所述燃料棒同時與相交叉的兩根條帶相貼合。
本發(fā)明的輕水反應(yīng)堆的燃料組件具有以下有益效果:燃料棒經(jīng)偏心設(shè)置后可増加同一列的兩相鄰燃料棒之間的棒間距，并使燃料棒趨于叉排，通過提高燃料棒一部分表面的流速，增強(qiáng)流體換熱能力，可増大熱エ余量；將燃料棒靠近格架的條帶設(shè)置，在燃料棒表面流速未提升的區(qū)域，通過燃料棒與條帶結(jié)合，達(dá)成肋片強(qiáng)化換熱；通過燃料棒與格架的條帶接觸，可減少流體低速區(qū)，降低流體通過棒束的壓降；通過增加燃料棒之間的棒間距，減少橫向流動阻力，加強(qiáng)了橫向流動，増大了熱エ余量；叉排式通過增加通道能充分發(fā)揮橫向流的擾動作用，增強(qiáng)流體換熱能力；增加相鄰燃料棒水隙后，中子慢化更為均衡，使燃料棒周向釋熱更為均衡，同時保證中子經(jīng)濟(jì)性，減少中子的泄漏量。


圖1a為現(xiàn)有輕水反應(yīng)堆的燃料組件中燃料棒在格架中的排布方式的示意圖。
圖1b為流體流經(jīng)圖1a所示燃料組件的速度場示意圖。
圖2a為本發(fā)明輕水反應(yīng)堆的燃料組件第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2b為流體流經(jīng)圖2a所示燃料組件的速度場示意圖。
圖3a為本發(fā)明輕水反應(yīng)堆的燃料組件第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3b為流體流經(jīng)圖3a所示燃料組件的速度場示意圖。
圖4為本發(fā)明輕水反應(yīng)堆的燃料組件第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明輕水反應(yīng)堆的燃料組件第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖1a所示燃料組件、圖2a所示燃料組件及圖3a所示燃料組件之間的流體壓降對比圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例和
對本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，包括數(shù)根燃料棒及格架，所述格架被分隔成呈矩形陣列排列的數(shù)個柵元，所述燃料棒分別插入與之對應(yīng)的柵元中并排列成數(shù)行與數(shù)列，其特征在于，所述數(shù)根燃料棒中至少有一部分燃料棒偏離與之對應(yīng)的柵元的中心設(shè)置，使得部分列的燃料棒中少存在兩相鄰燃料棒的中心之間的距離大于與該兩相鄰燃料棒相對應(yīng)的兩柵元的中心之間的距離。燃料棒經(jīng)偏心設(shè)置后可増加同一列的兩相鄰燃料棒之間的棒間距，并使燃料棒趨于叉排，通過提高燃料棒一部分表面的流速，增強(qiáng)流體換熱能力，可増大熱エ余量。
圖2a所示為本發(fā)明輕水反應(yīng)堆的燃料組件的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該輕水反應(yīng)堆的燃料組件，包括數(shù)根燃料棒21及格架22，所述格架22被分隔成呈矩形陣列排列的數(shù)個柵元222，所述燃料棒21分別插入與之對應(yīng)的柵元222中并排列成數(shù)行與數(shù)列，所述燃料棒21分別偏離與之對應(yīng)的柵元222的中心設(shè)置，即燃料棒21的中心與柵元222的中心不重合，所述燃料棒21在進(jìn)行偏離設(shè)置時，每一行燃料棒21均朝向該行的同一端偏離(即向右端或向左端偏離)，且前一行燃料棒21的偏離方向與相鄰的后一行燃料棒21的偏離方向相反，使得位于同一列的兩相鄰燃料棒21的中心之間的距離大于與該兩相鄰燃料棒21相對應(yīng)的兩柵元222的中心之間的距離。
本實(shí)施例中，所述格架22包括呈垂直交叉的數(shù)根條帶221，并由所述條帶221將格架22分隔成所述數(shù)個柵元222， 每ー柵元222呈正方形。由于每一行燃料棒21均朝向該行的同一端偏離，使得該行兩相鄰燃料棒21之間的條帶221不位于該兩鄰燃料棒21之間的中心平面，即同一行燃料棒21中的兩相鄰燃料棒21距該兩相鄰燃料棒21之間的條帶221的距離不相等。
優(yōu)選地，所述燃料棒21的偏離距離均相同，使得該輕水反應(yīng)堆的燃料組件中，任意呈2X2矩陣分布的4根相鄰的燃料棒21排列成菱形(即該4根相鄰的燃料棒21的中心位于ー菱形的四個頂點(diǎn)，如圖2a中虛線所示)，從而水隙分布均衡。進(jìn)ー步地，所述燃料棒21偏離至與條帶221相貼合，從而可形成肋片結(jié)構(gòu)，以強(qiáng)化換熱。在本實(shí)施例中，燃料棒21在列方向不發(fā)生偏離。
本實(shí)施例的輕水反應(yīng)堆的燃料組件中，通過將燃料棒21偏離與之對應(yīng)的柵元222的中心設(shè)置，并使姆一行燃料棒21均朝向該行的同一端偏離,且前一行燃料棒21的偏離方向與相鄰的后一行燃料棒21的偏離方向相反，以達(dá)到增大同一列中兩相鄰燃料棒21之間的棒間距。在相同的驅(qū)動壓頭下，湍流流動當(dāng)?shù)厮俣扰c到壁面距離約呈1/7冪次關(guān)系，因此增大同一列中兩相鄰燃料棒21之間的棒間距可提高橫向通道內(nèi)的流速，如圖2b所示。且根據(jù)單相自然對流傳熱關(guān)系式有換熱系數(shù)與流速的0.8次方成正比，因此通過提高燃料棒21 一部分表面的流速，可強(qiáng)化對流換熱。
另根據(jù)水力沿程阻カ損失計算公式有:
權(quán)利要求
1.一種輕水反應(yīng)堆的燃料組件，包括數(shù)根燃料棒及格架，所述格架被分隔成呈矩形陣列排列的數(shù)個柵元，所述燃料棒分別插入與之對應(yīng)的柵元中并排列成數(shù)行與數(shù)列，其特征在于，所述數(shù)根燃料棒中至少有一部分燃料棒偏離與之對應(yīng)的柵元的中心設(shè)置，使得部分列的燃料棒中少存在兩相鄰燃料棒的中心之間的距離大于與該兩相鄰燃料棒相對應(yīng)的兩柵元的中心之間的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在于，所述燃料棒在進(jìn)行偏離設(shè)置時，姆一行燃料棒均朝向該行的同一端偏離，至少有一行燃料棒的偏離方向與相鄰的另一行燃料棒的偏離方向相反，使得同一列的燃料棒中少存在兩相鄰燃料棒的中心之間的距離大于與該兩相鄰燃料棒相對應(yīng)的兩柵元的中心之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在干，所述格架包括呈垂直交叉的數(shù)根條帶，并由所述條帶將格架分隔成所述數(shù)個柵元，每ー柵元呈正方形，同一行燃料棒中兩相鄰燃料棒距該兩相鄰燃料棒之間的條帶的距離不相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在于，所述燃料棒的偏離距離均相同，任意呈2X2矩陣分布的4根相鄰的燃料棒排列成菱形。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在于，所述燃料棒均靠近與之對應(yīng)的柵元的角落設(shè)置，燃料棒在行方向與列方向同時發(fā)生偏離。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3至5項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在于，所述燃料棒偏離至與條帶相貼合。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在于，所述燃料棒在列方向均朝向格架的同一側(cè)偏離。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在干，至少有一列燃料棒在列方向的偏離方向與相鄰的另一列燃料棒在列方向的偏離方向相反。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在于，所述燃料組件中，一部分呈2X2矩陣分布的4根相鄰的燃料棒排列成菱形，另一部分呈2X2矩陣分布的4根相鄰的燃料棒排列成正方形。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7至9項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，其特征在于，所述燃料棒同時與相交叉的兩根條帶相貼合。
專利摘要
本發(fā)明提供一種輕水反應(yīng)堆的燃料組件，包括數(shù)根燃料棒及格架，所述格架被分隔成呈矩形陣列排列的數(shù)個柵元，所述燃料棒分別插入與之對應(yīng)的柵元中并排列成數(shù)行與數(shù)列，所述數(shù)根燃料棒中至少有一部分燃料棒偏離與之對應(yīng)的柵元的中心設(shè)置，使得部分列的燃料棒中少存在兩相鄰燃料棒的中心之間的距離大于與該兩相鄰燃料棒相對應(yīng)的兩柵元的中心之間的距離。本發(fā)明的輕水反應(yīng)堆的燃料組件，燃料棒偏心后可增加燃料棒間距，并使燃料棒趨于叉排，在減少橫向流動阻力、加強(qiáng)橫向流動的同時，能充分發(fā)揮橫向流的擾動作用，增強(qiáng)流體換熱能力，增大了熱工余量。
文檔編號G21C3/328GKCN103093839SQ201310026318
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月22日
發(fā)明者禹文池, 周躍民, 李偉才, 龐錚錚 申請人:中科華核電技術(shù)研究院有限公司, 中國廣東核電集團(tuán)有限公司, 嶺澳核電有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan