乏燃料储运容器热工分析及临界控制的仿真模拟计算方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及乏燃料贮存设计技术及仿真模拟技术领域，特别涉及乏燃料储 运容器热工分析及临界控制的仿真模拟计算方法。
背景技术
[0002] 随着我国核工业的发展，现有核
电机组大部分已服役多年，
水池贮运能
力 日趋饱和，急需外运至离堆贮存系统或者后处理厂处理，乏燃料储运容器是为 了管理和运输乏燃料而制造的专用设备。世界上大部分乏燃料运输容器主要由 容器本体、燃料篮组件、密封盖以及减震装置这四个部件构成。乏燃料运输容 器是乏燃料运输的载体，乏燃料的安全依赖于容器本身的性能。
[0003] 根据国际
原子能机构的标准以及世界各国的规范要求，乏燃料储运容器需 确保以下性能：密闭包容性能，不允许内部
放射性物质
泄漏至外部环境；屏蔽 防护性能，容器必须设计有γ射线屏蔽材料和
中子吸收材料，确保容器外部的
辐射剂量低于规定限值；次临界性能，确保运输容器里面的乏燃料处于次临界 状态，在运输过程不再产生
核裂变；
散热性能，能够对乏燃料的衰变热提供消 散冷却机制，并且要确保容器各部件
温度低于其材料限值；结构强度的保障， 确保容器在吊运、操作、运输等正常情况以及可能发生的事故情况下，各部件 功能均能不发生破坏失效，并能快速恢复运输。
[0004] 乏燃料储运容器进行实验验证的成本较大，实际生产中需要采用数值计算 模拟技术对储运容器安全性能进行分析评估，为降低成本，需要一种适用于乏 燃料储运容器的关于燃耗深度、热工计算、临界计算的计算方法，保证乏燃料 储运设备的安全性。
发明内容
[0005] 本发明提供一种乏燃料储运容器热工分析及临界控制的仿真模拟计算方 法，用以对乏燃料储运容器的温度场及临界条件等进行实际模拟，对乏燃料储 运容器的密闭性能、屏蔽性能、次临界性能、散热性能及结构强度进行实际模 拟和安全评估。
[0006] 本发明提供了一种乏燃料储运容器热工分析及临界控制的仿真模拟计算 方法，所述方法执行以下步骤：
[0007] 步骤1：利用弹塑性力学理论将乏燃料储运容器设计为圆柱形罐体；
[0008] 步骤2：根据
辐射屏蔽的参数，对所述圆柱形罐体的初始参数进行分析， 获得分析结果；
[0009] 步骤3：根据所述分析结果，对所述圆柱形罐体进行
三维建模，获得所述 圆柱形罐体的三维模型；
[0010] 步骤4：对所述三维模型进行
有限元分析，得到所述三维模型的热工条件 及临界条件；
[0011] 步骤5：重复执行步骤2-步骤4，根据所述有限元分析得到的所述热工条 件及临界条件制定试验方案，以对所述圆柱形罐体进行改进，直到所述三维模 型的所述热工条件及临界条件达到期望结果。
[0012] 进一步地，在所述步骤1中，利用弹塑性力学理论将乏燃料储运容器设计 为圆柱形罐体包括：
[0013] 在利用弹塑性力学理论将乏燃料储运容器设计为圆柱形罐体的过程中，在 对所述圆柱形罐体进行受力分析的
基础上，根据加工过程中的外界因素对所述 圆柱形罐体的强度和
刚度所造成的偏差，设计所述圆柱形罐体的强度和刚度， 以对所述偏差进行修正。
[0014] 进一步地，在所述步骤3中，利用Code_Aster
软件对所述圆柱形罐体进行 三维建模，并且所述圆柱形罐体的三维模型包括：所述乏燃料储运容器的内盖、 外盖、中子屏蔽层、上部锻件、内壳、堆焊层、铅层、
外壳、下部锻件、缓冲
垫块、
底板。
[0015] 进一步地，在所述步骤4中，对所述三维模型进行有限元分析，得到所述 三维模型的热工条件及临界条件执行以下步骤：
[0016] 步骤S401：利用ANSYS有限元分析软件对所述乏燃料储运容器的所述三 维模型进行热工分析，获得热工分析结果；
[0017] 步骤S402：根据所述热工分析结果，利用ANSYS软件和LS-DYNA软件 分别对所述乏燃料储运容器进行跌落分析和穿刺分析，以获得所述乏燃料储运 容器的跌落情况以及所述乏燃料储运容器的穿刺分析结果。
[0018] 进一步地，在所述步骤S401中，利用ANSYS有限元分析软件对所述乏 燃料储运容器的所述三维模型进行热工分析包括：
[0019] 利用ANSYS有限元分析软件对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行 温度分析和热
应力分析，以获得在工况下的温度分布和热
应力分布。
[0020] 进一步地，在所述步骤S402中，利用ANSYS软件和LS-DYNA软件分别 对所述乏燃料储运容器进行跌落分析和穿刺分析，以获得所述乏燃料储运容器 的跌落情况以及所述乏燃料储运容器的穿刺分析结果包括：
[0021] 根据所述热工分析结果，采用显示方法对所述乏燃料储运容器在热态和冷 态两种外部环境下从不同
角度的跌落情况进行分析，获得不同角度跌落分析结 果；
[0022] 对所述乏燃料储运容器的不同部件在跌落状态下的隐式静力进行分析，获 得隐式静力分析结果；
[0023] 对所述乏燃料储运容器的不同部件进行穿刺分析，获得不同部位的穿刺分 析结果。
[0024] 进一步地，所述利用ANSYS有限元分析软件对所述乏燃料储运容器的所 述三维模型进行温度分析和
热应力分析，以获得在工况下的温度分布和热应力 分布包括：
[0025] 对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行热分析，获得所述乏燃料储运 容器的温度分布；
[0026] 对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行热力耦合分析，获得所述乏燃 料储运容器的热应力分布。
[0027] 进一步地，根据所述热工分析结果，采用显示方法对所述乏燃料储运容器 在热态和冷态两种外部环境下从不同角度的跌落情况进行分析，获得不同角度 跌落分析结果包括：
[0028] 对所述乏燃料储运容器在热态和冷态两种外部环境下进行自由跌落分析， 获得跌落过程中的最大应力和最大
加速度；
[0029] 根据跌落过程中的最大应力和最大加速度，校核所述乏燃料储运容器的预 紧
螺栓和结构强度。
[0030] 进一步地，在所述步骤S402中，在利用ANSYS软件和LS-DYNA软件分 别对所述乏燃料储运容器进行跌落分析和穿刺分析时，温度场在跌落和穿刺的 时间段内是稳定的，满足以下的
能量平衡方程：
[0031] KT＝Q
[0032] 其中，K为传导矩阵，T为
节点温度向量，Q为节点热流率向量。
[0033] 进一步地，在所述步骤4中，对所述三维模型进行有限元分析，得到所述 三维模型的热工条件及临界条件，并根据所述分析结果制定试验方案，以对所 述圆柱形罐体进行改进的过程中，包括如下步骤：
[0034] 步骤A1、确定所述圆柱形罐体的热度交换权数；
[0035]
[0036] 其中，Tft为所述圆柱形罐体的热度交换权数，μ为预设资尔调节常数，m 为预设辐射系数，η为预设调节系数，Wd为当前
环境温度，Wf为预设标准温 度，ρ为预设调节
密度；
[0037] 步骤A2、确定所述圆柱形罐体的抗
挤压力度；
[0038]
[0039] 其中，为所述圆柱形罐体的抗挤压力度，N为所述圆柱形罐体含有的内 盖螺栓数量，θi为所述圆柱形罐体的第i个内盖螺栓的偏转角度，s为所述圆 柱形罐体的
热膨胀系数，t为所述圆柱形罐体的
弹性模量，λ为泊松比，R为所 述圆柱形罐体的厚度，Rb为所述圆柱形罐体的预设标准厚度，Sk为所述圆柱 形罐体的
抗拉强度面积， 为所述圆柱形罐体的第i个内盖螺栓占整个圆周的 百分比；
[0040] 步骤S3、对所述圆柱形罐体的直径进行改进；
[0041]
[0042] 其中，d为所述圆柱形罐体的优化直径，Dr为所述圆柱形罐体的当前直径；
[0043] 步骤S4、控制所述圆柱形罐体的直径为所述优化直径，从而达到对所述圆 柱形罐体的直径进行改进的效果。
[0044] 本发明
实施例提供的一种乏燃料储运容器热工分析及临界控制的仿真模 拟计算方法，具有以下有益效果：在设计乏燃料储运容器时将弹塑性力学理论 与有限元分析相结合，使得设计结果更加合理；并且能对乏燃料储运容器进行 热工分析及临界计算，以对设计的乏燃料储运容器的安全性能进行有效评估； 还能够模拟乏燃料储运容器在正常运输中和事故工况运输中的各项指标，在降 低试验验证的成本的情况下，保证了乏燃料储运容器设计的合理与安全。
[0045] 本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明 书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可 通过在所写的说明书、
权利要求书、以及
附图中所特别指出的结构来实现和获 得。
[0046] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0047] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发 明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0048] 图1为本发明实施例中一种乏燃料储运容器热工分析及临界控制的仿真模 拟计算方法的流程示意图；
[0049] 图2为本发明实施例中利用Code_Aster软件对所述圆柱形罐体进行三维建 模的建模结果；
[0050] 图3为本发明实施例中进行热分析的有限元模型；
[0051] 图4为本发明实施例中乏燃料储运容器各部件的温度分布图；
[0052] 图5为本发明实施例中乏燃料储运容器各部件的热应力分布图；
[0053] 图6为本发明实施例中火烧事故工况下乏燃料储运容器的温度变化；
[0054] 图7为本发明实施例中跌落分析热态与冷态乏燃料储运容器的罐体应力 图；
[0055] 图8为本发明实施例中进行穿刺分析的有限元模型。
具体实施方式
[0056] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的 优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0057] 本发明实施例提供了一种乏燃料储运容器热工分析及临界控制的仿真模 拟计算方法，如图1所示，所述方法执行以下步骤：
[0058] 步骤1：利用弹塑性力学理论将乏燃料储运容器设计为圆柱形罐体；
[0059] 步骤2：根据辐射屏蔽的参数，对所述圆柱形罐体的初始参数进行分析， 获得分析结果；
[0060] 步骤3：根据所述分析结果，对所述圆柱形罐体进行三维建模，获得所述 圆柱形罐体的三维模型；
[0061] 步骤4：对所述三维模型进行有限元分析，得到所述三维模型的热工条件 及临界条件；
[0062] 步骤5：重复执行步骤2-步骤4，根据所述有限元分析得到的所述热工条 件及临界条件制定试验方案，以对所述圆柱形罐体进行改进，直到所述三维模 型的所述热工条件及临界条件达到期望结果。
[0063] 上述技术方案的工作原理为：圆柱形罐体具有受力均匀、结构简单、罐体 内结构紧凑等优点，利用弹塑性力学理论对罐体进行初步设计，结合辐射屏蔽 的参数，对罐体的罐体壁厚、
法兰厚度等初始参数进行分析；再利用Code_Aster 软件进行三维建模，然后用软件进行有限元分析，根据分析结果提出相关的试 验方案。通过先进的分析技术，试验前发现薄弱点，在试验中可以一次通过， 降低试验次数，降低成本。
[0064] 上述技术方案的有益效果为：在设计乏燃料储运容器时将弹塑性力学理论 与有限元分析相结合，使得设计结果更加合理；并且能对乏燃料储运容器进行 热工分析及临界计算，以对设计的乏燃料储运容器的安全性能进行有效评估； 还能够模拟乏燃料储运容器在正常运输中和事故工况运输中的各项指标，在降 低试验验证的成本的情况下，保证了乏燃料储运容器设计的合理与安全。
[0065] 在一个实施例中，在所述步骤1中，利用弹塑性力学理论将乏燃料储运容 器设计为圆柱形罐体包括：
[0066] 在利用弹塑性力学理论将乏燃料储运容器设计为圆柱形罐体的过程中，在 对所述圆柱形罐体进行受力分析的基础上，根据加工过程中的外界因素对所述 圆柱形罐体的强度和刚度所造成的偏差，设计所述圆柱形罐体的强度和刚度， 以对所述偏差进行修正。
[0067] 上述技术方案的工作原理为：罐体在设计过程中，使用弹塑性力学理论与 有限元分析相结合的方法，将罐体的强度、刚度设计建立在受力分析的基础上， 同时考虑了加工过程中诸因素对罐体强度、刚度的影响，得出了该类罐体的设 计计算公式。初步设计的样品运用三维建模之后，再利用有限元分析，对罐体 进行改进，使样品最后成型。设计出来的样品通过一系列的试验，以保证最终 能够取得很好的效果。
[0068] 上述技术方案的有益效果为：可以使设计的圆柱形罐体更加接近真实的乏 燃料储运容器，提高仿真模拟的效果。
[0069] 在一个实施例中，在所述步骤3中，利用Code_Aster软件对所述圆柱形罐 体进行三维建模，并且所述圆柱形罐体的三维模型包括：所述乏燃料储运容器 的内盖、外盖、中子屏蔽层、上部锻件、内壳、堆焊层、铅层、外壳、下部锻 件、缓冲垫块、底板。
[0070] 上述技术方案的工作原理为：乏燃料储运容器主体采用内外
钢壳夹铅层的 结构设计，铅层作为γ屏蔽层，并且与上下两端锻件
焊接。
[0071] 图2示出了本发明实施例中利用Code_Aster软件对所述圆柱形罐体进行三 维建模的建模结果，包括：乏燃料储运容器的内盖201、外盖202、中子屏蔽 层203、上部锻件204、内壳205、堆焊层206、铅层207、外壳208、下部锻 件209、缓冲垫块210、底板211。
[0072] 所述缓冲垫块210包括乏燃料储运容器最顶部及最底部的第一缓冲垫块 2101和与所述第一缓冲垫块2101
接触的第二缓冲垫块2102。
[0073] 上述技术方案的有益效果为：通过三维建模，有助于对三维模型进行有限 元分析，进而得到热工条件及临界条件。
[0074] 在一个实施例中，在所述步骤4中，对所述三维模型进行有限元分析，得 到所述三维模型的热工条件及临界条件执行以下步骤：
[0075] 步骤S401：利用ANSYS有限元分析软件对所述乏燃料储运容器的所述三 维模型进行热工分析，获得热工分析结果；
[0076] 步骤S402：根据所述热工分析结果，利用ANSYS软件和LS-DYNA软件 分别对所述乏燃料储运容器进行跌落分析和穿刺分析，以获得所述乏燃料储运 容器的跌落情况以及所述乏燃料储运容器的穿刺分析结果。
[0077] 上述技术方案的工作原理为：还可以借助其他有限元分析软件，例如 LS-DYNA和ABAQUS等软件对乏燃料储运容器的三维模型进行热工分析，获 得热工分析结果。
[0078] 由于热分析的结果最终将会作为跌落分析的初始条件载入，所以热分析的 模型简化就有必要考虑到后面跌落分析的计算模型，考虑跌落分析的收敛性以 及单元转换问题。基于这样的考虑，在热分析时没有在内部建立吊篮，并且内 壳、铅层、外壳之间的一些间隙做忽略处理，图3所示为本发明实施例中进行 热分析的有限元模型。
[0079] 根据前面热分析的应力分布，通过动态显式
算法，利用ANSYS以及 LS-DYNA软件对容器进行有限元模拟分析，以进行跌落工况分析，并对容器 结构进行应力校核。
[0080] 上述技术方案的有益效果为：利用ANSYS软件、LS-DYNA软件对乏燃 料储运容器进行热工分析、跌落分析和穿刺分析。
[0081] 在一个实施例中，在所述步骤S401中，利用ANSYS有限元分析软件对 所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行热工分析包括：
[0082] 利用ANSYS有限元分析软件对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行 温度分析和热应力分析，以获得在工况下的温度分布和热应力分布。
[0083] 上述技术方案的工作原理为：所述利用ANSYS有限元分析软件对所述乏 燃料储运容器的所述三维模型进行温度分析和热应力分析，以获得在工况下的 温度分布和热应力分布包括：
[0084] 对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行热分析，获得所述乏燃料储运 容器的温度分布；
[0085] 对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行热力耦合分析，获得所述乏燃 料储运容器的热应力分布。
[0086] 在进行温度分析时，考虑阳光暴晒和衰变热：在热应力分析时考虑在温度 分析后得到的温度分布情况，同时还考虑螺栓预紧力和内压。
[0087] 对于正常运输情况下的温度场分布，考虑正常运输情况下周围环境温度最 高为38℃，乏燃料的衰变热和
太阳辐射是容器的主要热源，基于保守估计单个
燃料组件的衰变热为1.2kW，通过有限元分析，得到容器在正常运输情况下的 温度场分布如图4所示，图4(a)是整个容器的温度分布，图4(b)内壳的温度分 布，内壳的最高温度为204℃，图4(c)是铅层的温度分布，铅层的最高温度为 177.5℃，图4(d)分别是外壳的温度分布，外壳的最高温度为156℃。
[0088] 容器各部件热应力分布如图5所示，图5(a)是外壳的应力分布，外壳的最 大应力为110MPa，图5(b)是铅层的应力分布，铅层的最大应力为44.3MPa。
[0089] 火烧事故中乏燃料储运容器温度变化如图6所示，对于800℃火烧事故的 温度场分布，首先进行初始温度分布计算，然后进行30分钟火烧计算，最后 进行24h冷却计算，火2
烧工况下火焰辐射率为1，
不锈钢辐射率为0.9，
对流传 热系数为3.407W/(m/k)。冷却过程中的环境温度为38℃，火烧加载后，中子 屏蔽层中的NS-4-FR超过温度限值，己经融化，等效热传导系数为 7.59W/(m·℃)，密度为403kg/m3时，
比热容为465J/(kg·℃)。如图6(a) 所示，火烧11min后，外壳的最高温度为182.9℃；如图6(b)所示，火烧21min 后，外壳的最高温度为195.4℃；如图6(c)所示，火烧30min后，外壳的最 高温度为218.4℃；如图6(d)所示，冷却1.5h后，外壳的最高温度为266.97℃； 如图6(e)所示，冷却10h后，外壳的最高温度为
257.4℃；如图6(f)所示， 冷却24.5h后，外壳的最高温度为228℃。
[0090] 上述技术方案的有益效果为：根据温度分布和热应力分布的结果，可以对 乏燃料储运容器提出改进建议，并且通过火烧事故情况下的模拟分析，保证乏 燃料储运容器的重要部件的温度仍处在规定的安全范围内。
[0091] 在一个实施例中，在所述步骤S402中，利用ANSYS软件和LS-DYNA软 件分别对所述乏燃料储运容器进行跌落分析和穿刺分析，以获得所述乏燃料储 运容器的跌落情况以及所述乏燃料储运容器的穿刺分析结果包括：
[0092] 根据所述热工分析结果，采用显示方法对所述乏燃料储运容器在热态和冷 态两种外部环境下从不同角度的跌落情况进行分析，获得不同角度跌落分析结 果；
[0093] 对所述乏燃料储运容器的不同部件在跌落状态下的隐式静力进行分析，获 得隐式静力分析结果；
[0094] 对所述乏燃料储运容器的不同部件进行穿刺分析，获得不同部位的穿刺分 析结果。
[0095] 上述技术方案的工作原理为：根据所述热工分析结果，采用显示方法对所 述乏燃料储运容器在热态和冷态两种外部环境下从不同角度的跌落情况进行 分析，获得不同角度跌落分析结果包括：
[0096] 对所述乏燃料储运容器在热态和冷态两种外部环境下进行自由跌落分析， 获得跌落过程中的最大应力和最大加速度；
[0097] 根据跌落过程中的最大应力和最大加速度，校核所述乏燃料储运容器的预 紧螺栓和结构强度。
[0098] 所述利用ANSYS有限元分析软件对所述乏燃料储运容器的所述三维模型 进行温度分析和热应力分析，以获得在工况下的温度分布和热应力分布包括：
[0099] 对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行热分析，获得所述乏燃料储运 容器的温度分布；
[0100] 对所述乏燃料储运容器的所述三维模型进行热力耦合分析，获得所述乏燃 料储运容器的热应力分布。
[0101] 跌落以及穿刺是结构强度分析的难点和热点。模拟方法借助有限元分析软 件，主要软件有ANSYS、LS-DYNA和ABAQUS等软件。计算方法主要有两 种：显式计算和隐式计算。显式计算方法可以得到冲击全过程中的加速度以及 应力场，但是计算量较大，并且需要较长的时间。隐式计算方法是先分析出冲 击过程的最大加速度，然后用ANSYS、MSC等软件将最大加速度加载到容器 上进行计算分析，优点是计算相对简单，缺点是过于简化导致结果不够准确。
[0102] 本发明中，根据前面热分析的应力分布，通过动态显式算法，利用ANSYS 以及LS-DYNA软件对容器进行有限元模拟分析，并对容器结构进行应力校核。 其中，顶端角度跌落和底端角部跌落的倾斜角度数为使得罐体
重心与跌落端角 在同一条竖直直线上，图8示出了在热态、冷态两种状态下，9m顶端临界倾 角跌落最大加速度时容器的应力分布图，在15℃热态时，最大应力为 256.5MPa；在30℃热态时，最大应力为264.6MPa；在45℃热态时，最大应 力为271.6MPa；在60℃热态时，最大应力为263.1MPa；在75℃热态时，最 大应力为231MPa；在15℃冷态时，最大应力为299MPa。分析容器在热态和 冷态两种外部环境下9m不同角度的跌落。对容器各部件的危险以及处螺栓进 行应力评定。通过容器跌落获得最大减速度，采用隐式静力计算方法对燃料篮 组件进行等效跌落的校核，跌落时最大应力主要出现在容器的端部，垂直跌落 时产生最大减速度。
[0103] 采用隐式计算方法对各个类型的容器进行了9m不同角度跌落隐式计算， 结果表明应力最大值出现在两端。对乏燃料储运容器9m高度跌落试验，荷载 情况如表1所示，在
载荷条件为热态时，内压为0.7MPa，内盖螺栓预紧力为 4751885N，外盖螺栓预紧力为3517779N，其环境为，温度：38℃，最大阳光暴 晒；有内容物；最大衰变热33kW。在载荷条件为冷态时，内压为0.083MPa， 内盖螺栓预紧力为4751885N，外盖螺栓预紧力为3517779N，其环境为，温度： 40℃，无阳光暴晒；无内容物；无衰变热。
[0104] 表1
[0105]
[0106]
[0107] 利用ANSYS以及LS-DYNA软件对容器关键部位进行穿刺模拟分析，校 核容器的安全性能。
[0108] 穿刺试验是模拟一个细长物体固定在地面上，被测量物体跌落到该细长物 体上，通过撞击和穿刺
包装外层的情景。目的是要保证在这种情况下内容物不 会泄漏出来，或者屏蔽或密封系统不会受到损坏。穿刺分析与跌落分析相同， 先进行热工分析，然后进行显式分析，在分析中主要考虑穿刺部位局部的应力 校核，因此在前面的基础上做了以下设定和简化：没有对减震器进行建模，没 有对螺栓进行建模。在穿刺部位进行网格细化，提高计算的准确性。计算载荷、 边界条件的施加和材料属性参照热工分析和跌落分析。穿刺形式包括外盖中心 穿刺、底部中心穿刺和容器侧面穿刺。
[0109] 进一步的，对于上述穿刺分析，分别在冷态和热态两种情况下对外盖中心、 底部中心和容器侧面穿刺进行有限元模拟。
[0110] 在进行跌落分析和穿刺分析之后，采用概率论方法对乏燃料储运容器在国 内运输进行安全
风险评估，得出风险概率为为8.69×10-6人·Sv/次运输，结合 分析结果，提出控制风险的对策。
[0111] 上述技术方案的有益效果为：通过有限元分析，确定乏燃料储运容器在热 工和结构力学方面是否满足规范要求，并且评判出会乏燃料储运容器在各种事 故运输工况下是否能够确保乏燃料不外泄。
[0112] 在一个实施例中，在所述步骤S402中，在利用ANSYS软件和LS-DYNA 软件分别对所述乏燃料储运容器进行跌落分析和穿刺分析时，温度场在跌落和 穿刺的时间段内是稳定的，满足以下的能量平衡方程：
[0113] KT＝Q
[0114] 其中，K为传导矩阵，T为节点温度向量，Q为节点热流率向量。
[0115] 上述技术方案的工作原理为：当分析容器跌落与穿刺时，时间相当短暂， 假设这段时间内温度场是稳态的，不随时间变化。
[0116] 上述技术方案的有益效果为：通过能量平衡方程，有助于简化跌落和穿刺 分析计算量。
[0117] 在一个实施例中，在所述步骤4中，对所述三维模型进行有限元分析，得 到所述三维模型的热工条件及临界条件，并根据所述分析结果制定试验方案， 以对所述圆柱形罐体进行改进的过程中，包括如下步骤：
[0118] 步骤A1、确定所述圆柱形罐体的热度交换权数；
[0119]
[0120] 其中，Tft为所述圆柱形罐体的热度交换权数，μ为预设资尔调节常数，m 为预设辐射系数，η为预设调节系数，Wd为当前环境温度，Wf为预设标准温 度，ρ为预设调节密度；
[0121] 其中，预设值μ＝54×10-11W/(m2·K4)、m＝1、η＝0.42、Wf＝37℃、 ρ＝1.8257*102(W/m2)；
[0122] 步骤A2、确定所述圆柱形罐体的抗挤压力度；
[0123]
[0124] 其中，为所述圆柱形罐体的抗挤压力度，N为所述圆柱形罐体含有的内 盖螺栓数量，θi为所述圆柱形罐体的第i个内盖螺栓的偏转角度，s为所述圆 柱形罐体的
热膨胀系数，t为所述圆柱形罐体的弹性模量，λ为泊松比，R为所 述圆柱形罐体的厚度，Rb为所述圆柱形罐体的预设标准厚度，Sk为所述圆柱 形罐体的抗拉强度面积， 为所述圆柱形罐体的第i个内盖螺栓占整个圆周的 百分比；
[0125] 其中，预设值Rb＝15mm。
[0126] 步骤S3、对所述圆柱形罐体的直径进行改进；
[0127]
[0128] 其中，d为所述圆柱形罐体的优化直径，Dr为所述圆柱形罐体的当前直径；
[0129] 步骤S4、控制所述圆柱形罐体的直径为所述优化直径，从而达到对所述圆 柱形罐体的直径进行改进的效果。
[0130] 上述技术方案的有益效果为：利用上述技术，可以对三维模型进行有限元 分析，得到三维模型的热工条件及临界条件，并根据分析结果制定试验方案， 对圆柱形罐体进行改进，并在改进过程中，根据环境因素以及所述圆柱形罐体 的实际情况，以及圆柱形罐体的所有内盖螺栓的信息智能的调整圆柱形罐体的 直径，使得圆柱形罐体能达到当前调节下的最优性能，提高圆柱形罐体的燃料 储运的安全性。
[0131] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些
修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
