Riassunto analitico
Molte attività umane coinvolgono le vibrazioni in un aspetto o in un altro. Per esempio, sentiamo i suoni grazie alla vibrazione dei timpani e vediamo perchè le radiazioni luminose sono costituite da vibrazioni. In tempi recenti, molte ricerche sono state motivate in questo ambito da svariate applicazioni ingegneristiche quali la progettazione di macchine, strutture, motori, turbine, edifici, sistemi di controllo etc. Nei Reattori ad Acqua Pressurizzata PWR (Pressurized Water Reactor) l'interazione fluido struttura tra il refrigerante e le sottounità di combustibile è un fenomeno importante che è direttamente associato alla sicurezza e alle prestazioni dell'impianto nucleare. Le sottounità di combustibile sono formate da fasci di barre di combustibile, lunghi tubi snelli contetenti pellets d'uranio, da tubi guida cavi e da tubi di strumentazione che usano griglie spaziatrici multiple come supporto. Siccome gli incidenti nucleari possono essere molto pericolosi, la risposta dinamica di queste sottounità di combustibile deve rientrare in certi limiti di sicurezza per assicurare gli aspetti operativi e di sicurezza degli impianti nucleari durante e dopo un'eccitazione sismica per esempio. Durante la vibrazione fenomeni non lineari quali oscillazione di grande ampiezza, attrito e micro impatti possono presentarsi. Uno dei maggiori effetti non lineari è connesso con la dissipazione ed è prevalentemente sconosciuto. Dunque, l'identificazione dello smorzamento in funzione dell'ampiezza di vibrazione conduce ad accurate previsioni dell'ampiezza di vibrazione durante le operazioni ordinarie e fenomeni straordinari come terremoti. Un tentativo di indentificare lo smorzamento è fondamentale per un'efficiente progettazione delle sottounità di combustibile. L'obiettivo principale di questa tesi è comprendere lo smorzamento agente sui componenti delle sottounità di combustibile soggetti ad un flusso di acqua e all'eccitazione di una forza esterna. Per raggiungere questo risultato principale, una serie di esperimenti di complessità crescenti sarà operata usando componenti di barre di combustibile e griglie spaziatrici fornite da Framatome Canada. Gli esperimenti introdurranno gradualmente gli effetti delle perdite; delle condizioni al contorno non lineari sul fascio di barre di combustibile; della massa aggiunta e dello smorzamento dell'acqua in quiete; e, alla fine, della massa aggiunta, della rigidezza e dello sorzamento dell'acqua corrente. In parallelo, un modello di identificazione di smorzamento già esistente sarà modificato e convalidato sulla base dei risultati degli esperimenti e dei fenomeni fisici sottesi.
|
Abstract
Most human activities involve vibration in one form or other. For example, we hear because our eardrums vibrate and see because light waves undergo vibration.
In recent times, many investigations have been motivated by the engineering applications of vibration, such as the design of machines, foundations, structures, engines, turbines, and control systems.
In Pressurized Water Reactors (PWR) the fluid-structure interaction between the coolant and fuel assemblies is an important phenomenon that is directly associated to safety and performance issues for the nuclear industry. Fuel assemblies are formed by bundling fuel rods, long slender pressurized tubes containing uranium pellets, with hollow guide tubes and instrumentation tubes using multiple spacer grids for support. As nuclear accidents can be very harmful, the dynamic responses of the fuel assemblies should be within certain safe limits to ensure the functional and safety aspects of the nuclear facilities during and after seismic excitations. During vibrations nonlinear phenomena like large amplitude oscillations, friction and micro impacts can occur. One major nonlinear effect is connected with dissipation and this is largely unknown. Therefore, the identification of damping versus vibration amplitude leads to accurate predictions of the vibration amplitude during ordinary operation and extraordinary phenomena like earthquakes. An accurate identification of damping is fundamental for an efficient design of the fuel assemblies.
The main objective of this research project is to understand the damping mechanisms acting on fuel assembly components subjected to flowing water and external force excitation. To achieve the main objective, a series of experiments with increasing complexity will be performed using fuel rod and spacer grid components from Framatome Canada. The experiments will incrementally introduce the effects of loose, non-linear boundary conditions on fuel rod bundle; the added mass and damping of quiescent water; and, finally, the added mass, stiffness, and damping effects of flowing water. In parallel, an existing damping identification model will be enhanced and validated based on the results of the experiments and the underlying physical phenomena.
|