تحلیل عددی رفتار ترمومکانیکی میله سوخت (2uo) در حالت پایا با استفاده از روش المان محدود

در طراحی میله سوخت، توانایی پیش ‌بینی قابل‌ اطمینان از عملکرد سوخت به ‌منظور رعایت اصول ایمنی از اهمیت بالایی برخوردار است. برای دستیابی به این هدف، کدهای کامپیوتری مختلفی ارایه شده اند که هر یک از آن‌ها از مدل‌ های مختلف مکانیکی و روش ‌های مختلف عددی و تحلیلی استفاده می ‌کنند. ‌بر همین اساس، هدف پژوهش حاضر تهیه برنامه‌ ای کامپیوتری به زبان برنامه ‌نویسی فرترن به‌ منظور آنالیز مکانیکی و حرارتی میله‌ های سوخت (2‌uo) با استفاده از روش های عددی، به ویژه به‌ کارگیری اصل کار مجازی در تحلیل مکانیکی میله سوخت در شرایط پایا می ‌باشد. برای حل معادلات به‌دست آمده از روش المان محدود استفاده شده است. در قسمت تحلیل مکانیکی پدیده ‌هایی از قبیل تورم و تراکم سوخت و خزش در غلاف در نظر گرفته شده‌ اند. سپس با پدیده‌ های فوق و انجام تحلیل مکانیکی و حرارتی به ‌صورت هم زمان، زمان تماس سوخت با غلاف، میزان تنش و کرنش در سوخت و غلاف، دمای مرکز سوخت، میزان رشد لایه اکسید بر روی غلاف و توزیع دمای سوخت و غلاف در طول کار راکتور در حالت پایا (در یک توان ثابت) توسط برنامه نوشته شده به‌دست می‌ آیند. نتایج این برنامه با نتایج روش تحلیلی موجود در منابع صحت سنجی شده و برای راکتور vver1000 تحلیل مکانیکی و حرارتی میله سوخت در یک بازه 1600 روزه انجام پذیرفته است. با توجه به نتایج به‌دست آمده، قرص سوخت پس از 1250 روز با غلاف تماس پیدا می ‌کند.

(UO2) in Numerical analysis of thermomechanical behavior of fuel rod‌steady state condition using finite element method

In designing the fuel rod, having a reliable prediction of fuel performance is of high importance in order to comply with safety principles. Various computer codes have been provided for this purpose. Each of these codes uses different mechanical models, numerical and analytical methods. Accordingly, the purpose of the present work is to develop Fortran computer software for mechanical and thermal analysis of fuel rods using numerical methods, especially applying the principle of virtual work in mechanical analysis of fuel rods in steadystate conditions. The finite element method is used to solve the equations. The mechanical analysis includes phenomena such as swelling and fuel density and clad creep. Through these phenomena and simultaneous performance of mechanical and thermal analysis, fuelclad interaction, stress and strain rate in fuel and clad, fuel center temperature, oxide layer thickness, fuel, and clad temperature distribution during operation is obtained by the code. The results of the code are compared with the results of the analytical method which are available in other research works. Finally, for the VVER1000 reactor, mechanical and thermal analysis of the fuel rod was performed over a 1600day interval. According to the simulation, the fuelclad interaction occurs after 1250 days.