Structural analysis of the irradiation-induced longitudinal growth of a PWR fuel assembly during normal operation using the finite element method

Abstract

Un reactor de agua a presión (PWR por sus siglas en inglés) es uno de los tipos de reactores nucleares más utilizados a nivel mundial. La principal característica de este tipo de reactores es la alta presión en el interior de la vasija del núcleo (alrededor de 15MPa) con el fin de evitar la ebullición del agua en su interior. El arqueamiento de los elementos de combustible de los PWR es un campo activo de investigación hoy en día, puesto que puede provocar problemas tanto funcionales como de seguridad en el reactor. Sin embargo, la realización de pruebas experimentales teniendo en cuenta todas las condiciones de funcionamiento de un PWR que afectan a este fenómeno sería extremadamente complejo. Por este motivo, la creación de un modelo informático de un elemento de combustible de un PWR es necesaria para el estudio de su arqueamiento. El objetivo de este proyecto es la realización de un análisis estructural del crecimiento axial de un elemento de combustible de un PWR bajo irradiación, como una parte del estudio del arqueamiento de la estructura. Dicho estudio se basa en un modelo ya existente de un elemento de combustible, implementado en ANSYS, que usa el método de elementos finitos.

Pressurized Water Reactors (PWR) are the most widely used nuclear reactors. The main characteristic of this type of reactors is the pressure of the coolant flowing through the first loop that is kept at high levels in order to prevent boiling within the reactor core. Bow analysis of fuel assemblies is currently an active field of nuclear engineering research because it can lead to both safety and operational problems of the nuclear power plant. However, carrying out experimental tests taking into account all the conditions affecting the operation of a PWR would become an extremely complex task. For that reason, the implementation of a PWR fuel assembly computational model for the bow analysis is needed. The objective of this thesis is the structural axial growth analysis of a PWR fuel assembly under irradiation as a part of the structure bow study. This analysis is based on a fuel assembly model, which has been implemented in ANSYS using the finite element model.