基于物理场解耦的产品设计法、系统、燃料组件和反应堆的制作方法

1.本发明属于核燃料组件技术领域，具体涉及基于物理场解耦的产品设计法、系统、燃料组件和反应堆。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，产品更新速度越来越快，产品性能要求越来越高，并且随着竞争的加剧，产品的创新程度和研发周期越来越成为企业长期稳定发展和可靠盈利的关键。产品设计包罗万象，传统的“收集问题现象、然后基于问题现象开展系统调研总结分析、从业界内或跨行业寻找针对特定问题现象的解决方案”的产品设计方法能够以最小化的资源实现针对特定问题现象的解决，但是这种方法偏于就事论事，前瞻性往往不够，创新程度往往不高，同时特定问题现象的解决往往又会引出新的问题现象，难以从根本上解决问题，研发周期往往也较长。
3.另外，目前提出的自动化实现包括产品特征和生产工艺在内的产品设计和成型，一定程度上加快了产品设计的进程，但是依然没有从根源上梳理设计需求体系，难以从本质上解决问题，无法满足产品创新程度和市场前瞻性的需求。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术难以满足产品创作程度和市场前瞻性的需求的问题，本发明提供了一种基于物理场解耦和驱动的产品设计方法。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.基于物理场解耦的产品设计法，包括：
7.步骤1，获取设计要求：根据市场需求和产品全生命周期相关的系统要求，获取产品全生命周期的设计要求；
8.步骤2，设计要求解耦：针对产品全生命周期的设计要求中的每一项要求从物理场的层面进行分解，直到通过一个物理场就能够表征并且直接获得解决方案的要求为止，否则应继续分解，分解完成后获得一系列仅涉及一个物理场的单一要求；
9.步骤3，物理驱动设计：依次通过物理场驱动方式针对仅涉及一个物理场的单一要求从物理现象的角度去寻求解决方案，获得所有仅涉及一个物理场的单一要求的解决方案；
10.步骤4，系统集成设计：将获得的针对单一要求的解决方案按照设计要求解耦的逆序求交集实现分系统/系统的集成设计；在集成设计过程中发现两个分系统不存在交集时，则返回步骤3寻找新的解决方案或返回步骤2从新进行设计要求解耦，然后重新进行集成设计；最后的系统交集即为满足要求的产品。
11.优选的，本发明的步骤4中在集成设计过程中发现两个分系统不存在交集时，则返回步骤3寻找新的解决方案或返回步骤2从新进行设计要求解耦具体为：
12.在步骤4系统集成设计过程中发现两个分系统不存在交集时，则返回步骤3寻找新
的解决方案：按照设计要求解剖层级数量由少到多排序，每次针对一个分系统扩充解决方案直至获得交集，当所有分系统都扩充完毕后仍然不存在交集时则返回步骤2按照不同的思路从新进行设计要求解耦，然后再在3物理驱动设计的基础上重新进行步骤4系统集成设计。
13.优选的，本发明的步骤3获得针对该单一要求的解决方案具体包括：产品最低设计要求的参数族、最佳性能的参数族以及性能随参数族变化的趋势；
14.在步骤4系统集成设计过程中优先采用最佳性能的参数族进行求交集，当不存在交集时再用产品最低设计要求的参数族求交集，依然不存在交集时则依据性能随参数族变化的趋势返回步骤2从新进行设计要求解耦。
15.优选的，基于物理场解耦的产品设计法还包括：
16.步骤5，产品仿真测试：针对完成了系统集成设计的产品进行多尺度多物理场耦合分析，获得产品的各项性能指标；
17.步骤6，产品验证优化：将产品仿真测试获得的性能指标与对应设计要求进行对比，针对深度耦合现象，进行必要的样机试验和性能测试验证，针对性能不达标的要求按照趋势最优性能参数族的方向进行了优化，直到所有指标均满足要求为止；
18.步骤7，产品设计输出：将完成产品验证优化后的设计方案进行固化，输出产品设计。
19.优选的，本发明的步骤6还包括：在所有指标满足要求后，根据需要进一步针对某一些指标开展多目标优化。
20.优选的，本发明的步骤7还包括：输出产品设计的同时建立针对单一要求的解决方案设计库以及针对特定功能单元的系统/分系统设计库，后续产品设计过程中当设计要求解耦出相同要求时直接调用。
21.优选的，基于物理场解耦的产品设计法还包括：
22.步骤8产品智能设计：产品设计系统逐步存储和扩展步骤7产品设计输出和设计库，结合人工智能、大数据、知识工程等技术实现产品智能化设计。
23.第二方面，本发明提出了基于物理场解耦的系统，包括设计要求获取模块、解耦模块、物理驱动模块、系统集成模块；
24.所述设计要求获取模块用于根据市场需求和产品全生命周期相关的系统要求，获取产品全生命周期的设计要求；
25.所述解耦模块针对产品全生命周期的设计要求中的每一项要求从物理场的层面进行分解，直到通过一个物理场就能够表征并且直接获得解决方案的要求为止，否则应继续分解，分解完成后获得一系列仅涉及一个物理场的单一要求；
26.所述物理驱动模块通过物理场驱动方式针对仅涉及一个物理场的单一要求从物理现象的角度去寻求解决方案，获得所有仅涉及一个物理场的单一要求的解决方案；
27.所述系统集成模块将获得的针对单一要求的解决方案按照设计要求解耦的逆序求交集实现分系统/系统的集成设计。
28.优选的，本发明的系统还包括仿真测试模块、验证优化模块和输出模块；
29.所述仿真测试模块用于对完成了系统集成设计的产品进行多尺度多物理场耦合分析，获得产品的各项性能指标。
30.所述验证优化模块用于将产品仿真测试获得的性能指标与对应设计要求进行对比，针对深度耦合现象，进行必要的样机试验和性能测试验证，针对性能不达标的要求按照趋势最优性能参数族的方向进行了优化。
31.所述输出模块用于将完成产品验证优化后的设计方案进行固化并输出。
32.第三方面，采用上述基于物理场解耦的产品设计法得到一种燃料组件。该燃料组件为直径9.5mm的uo
2-zr光滑燃料棒通过定位格架按12.6mm栅距17
×
17方形排列构成的束棒型燃料组件。燃料棒采用大晶粒掺cr芯块、带涂层锆合金或fecral包壳、带下气腔的燃料棒；且所述燃料组件采用变刚度低松弛压紧系统。定位格架采用增设搅混翼、增加搅混翼面积或增加搅混翼在高流速区的投影面积。采用加厚导向管、加厚条带定位格架、变刚度压紧系统、减少跨距、增加定位格架数量。燃料组件采用空间曲面平行排列形成的窄缝流水孔的过滤结构。该燃料组件采用流量分配均匀、带过滤功能的下管座结构，低应力、大夹持力的燃料棒夹持结构，长端塞燃料棒座底横向限位约束。该定位格架的外条带在相邻燃料组件接触极限位置下导向翼结构不发生相互侵入，该燃料组件采用厚壁导向管和变刚度低松弛压紧系统。燃料棒采用带中心孔燃料芯块、金属包壳接触传热的燃料棒。料棒采用带中心孔燃料芯块、金属包壳接触传热的燃料棒。燃料棒采用耐高温包壳或耐高温网基复合包壳。
33.上述燃料组件的材料或结构能够加长、截短或分解局部结构，形成新的燃料组件。
34.第四方面，本发明提出了采用上述基于物理场解耦的产品设计法得到的反应堆。
35.本发明提出的设计法不仅仅限于对核反应堆零部件的设计，同时还能够适用于其他产品结构的设计。
36.本发明具有如下的优点和有益效果：
37.1、本发明通过根据市场需求确定设计要求，获得了产品全生命周期的功能要求、产品开发要求、产品制造要求、全周期环境要求、性能演化要求、退役要求等相关的系统要求，大幅度缓解了由于设计需求输入不足导致产品存在设计缺陷的可能。
38.2、本发明通过设计要求解耦、物理驱动设计和系统集成设计，将复杂的工程产品设计问题转化为最基本的物理问题，然后从物理规律上获得基本物理问题的解决方案，再进行系统集成获得产品设计方案，避免了直接针对复杂工程产品设计无从入手的问题，显著降低了设计人员的知识储备和经验要求；且本发明从物理底层进行原始创新，系统考了各种可能的解决方案，从根本上响应设计要求，系统集成后获得额产品设计方案包络范围广，满足产品创新程度和市场前瞻性的要求；同时考虑了各种物理现象的影响，可避免直接针对复杂工程产品寻求解决方案时忽略某些不显眼但又敏感的物理现象而引入产品设计缺陷，也可避免直接针对复杂工程产品寻求解决方案时引发新问题的可能。
39.3、本发明通过物理驱动设计可快速确定针对单一要求的参数族的范围区间和敏感性，为产品验证优化指明了方向，可避免直接针对复杂工程产品寻求解决方案时的盲目优化。
40.4、本发明通过设计要求解耦、物理驱动设计和系统集成设计，提出了寻求解决方案无法获得的设计调整思路，避免了直接针对复杂工程产品寻求解决方案时客观存在产品解决方案而无法进行搜索获得的可能。
41.5、本发明通过设计要求解耦、产品仿真测试和产品验证优化，全面测试和验证了产品各项设计要求得到满足，避免了产品设计过程中忽略了某项要求而导致产品的性能降
级。
42.6、本发明可通过整个方法过程，建立设计库，实现产品智能设计。
43.7、采用本发明的方法能够快速高效设计出满足新型前沿要求、提高燃耗、提升抗震能力、提升热工性能等不同需求的燃料组件。
附图说明
44.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
45.图1为本发明的方法流程示意图。
46.图2为本发明的系统原理框图。
47.图3为燃料组件结构示意图。2a-压紧系统；2b-上管座；2c-定位格架；2d-燃料元件(燃料棒)；2e-导向管；2f-下管座。
48.图4为本发明的燃料棒结构示意图。
49.图5为本发明的燃料组件压紧系统示意图。44-顶部弹簧片(组)，45-中间弹簧片(组)，46-下部弹簧片(组)，a1-弹簧安装孔，a-弹簧根部，b-弹簧水平段，c-弹簧直臂段。
50.图6为本发明的定位格架搅混流场示意图。5a-高流速区，5b-搅混翼。
51.图7为本发明的定位格架外条带刚凸结构示意图。6a-内条带，6b-内条带端部支撑，6c-外条带，6d-导向翼。
52.图8为本发明的增强燃料元件间换热能力的燃料元件结构示意图。7a-燃料元件接触传热区，7b-燃料元件间冷却剂流通区。
53.图9为本发明的燃料组件下管座结构示意图。8a-空间曲面叶片，8b-上筋条，8c-下筋条，8d-围板，8e-支腿，8a1-连接凸起的直段，8a2-装配凹槽，8a3-凸起。
54.图10为空间曲面叶片结构示意图。
55.图11为本发明的低应力大夹持单金属夹持结构单元示意图。9a-刚凸，9b-弹簧，9c-燃料棒。
具体实施方式
56.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
57.实施例1
58.本实施例提出了一种基于物理场解耦的产品设计法。具体如图1所示，本实施例的方法包括：
59.s1，明确市场需求，通过市场需求的调研、收集、整理、趋势分析和前瞻性预测，获得市场需求，作为产品设计的宏观输入；
60.s2，落实设计要求：针对研究获得的市场需求进行扩展，获取产品的功能要求、产品开发要求、产品制造要求、全周期环境要求、性能演化要求、退役要求等全生命周期相关的系统要求，作为产品设计的实际输入；
61.s3，设计要求解耦：针对产品全生命周期的设计要求中的每一项要求从物理场的
层面进行解耦和分解，直到通过一个物理场就能够表征并且可以直接获得解决方案的要求为止，否则应继续分解，分解完成后获得一系列仅涉及一个物理场的单一要求；
62.s4，物理驱动设计：通过物理场驱动方式针对仅涉及一个物理场的单一要求从物理现象的角度去寻求解决方案；同时针对该单一要求开展特定物理场的仿真分析，获得针对该单一要求的解决方案实现产品最低设计要求的参数族、最佳性能的参数族以及性能随参数族变化的趋势；
63.s5，系统集成设计：将通过物理驱动设计(s4)获得的针对单一要求的解决方案(含参数族，参数族按照变化趋势尽可能接近最佳性能参数族，但不次于最低设计要求参数族)按照设计要求解耦(s3)的逆序求交集实现分系统/系统的集成设计，当集成设计过程中发现两个分系统不存在交集(也即系统冲突剧烈，基于已有的物理驱动设计(s4)找不到合理解决方案)时，需要返回物理驱动设计(s4)寻找新的解决方案，按照设计要求解剖层级数量由少到多排序，每次针对一个分系统扩充解决方案直至获得交集，当所有分系统都扩充完毕后仍然不存在交集时则按照不同的思路从新进行设计要求解耦(s3)，然后再在物理驱动设计(s4)的基础上重新进行集成设计；
64.s6，产品仿真测试：通过多物理场耦合分析系统或平台针对完成了系统集成设计(s5)的产品进行多尺度多物理场耦合分析，获得产品的各项性能指标；
65.s7，产品验证优化：将产品仿真测试(s6)阶段获得的性能指标与落实设计要求(s2)中的对应设计要求进行对比评价，针对多物理场耦合分析系统或平台无法模拟的深度强耦合现象，开展必要的样机试验和性能测试验证；针对性能不达标的要求按照趋近最优性能参数族的方向进行优化，直到所有指标均满足要求为止；必要时可以进一步开展多目标优化；
66.s8，产品设计输出：将完成产品验证优化(s7)后的设计方案进行固化，输出产品设计；同时可以建立针对单一要求的解决方案设计库以及针对特定功能单元的系统/分系统设计库，后续产品设计过程中当设计要求解剖出相同要求可以直接调用。
67.s9，产品智能设计：产品设计系统逐步存储和扩展s8产品设计输出和设计库，结合人工智能、大数据、知识工程等技术实现产品智能化设计。
68.实施例2
69.本实施例提出了基于物理场解耦的产品设计系统，如图2所示，本实施例的系统包括设计要求获取模块、解耦模块、物理驱动模块、系统集成模块、仿真测试模块、验证优化模块和输出模块。
70.其中，设计要求获取模块用于根据市场需求和产品全生命周期相关的系统要求，获取产品全生命周期的设计要求；
71.解耦模块针对产品全生命周期的设计要求中的每一项要求从物理场的层面进行分解，直到通过一个物理场就能够表征并且直接获得解决方案的要求为止，否则应继续分解，分解完成后获得一系列仅涉及一个物理场的单一要求；
72.物理驱动模块通过物理场驱动方式针对仅涉及一个物理场的单一要求从物理现象的角度去寻求解决方案，获得所有仅涉及一个物理场的单一要求的解决方案；
73.系统集成模块将获得的针对单一要求的解决方案按照设计要求解耦的逆序求交集实现分系统/系统的集成设计。
74.仿真测试模块用于对完成了系统集成设计的产品进行多尺度多物理场耦合分析，获得产品的各项性能指标。
75.验证优化模块用于将产品仿真测试获得的性能指标与对应设计要求进行对比，针对深度耦合现象，进行必要的样机试验和性能测试验证，针对性能不达标的要求按照趋势最优性能参数族的方向进行了优化。
76.输出模块用于将完成产品验证优化后的社交方案进行固化并输出。
77.实施例3
78.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件的设计如下：
79.1)明确市场需求(s1)
80.提供核燃料实现核能转变成热能。
81.2)落实设计要求(s2)
82.a)按堆芯要求提供核燃料实现可控核能转变成热能；
83.b)为冷却剂提供合适的流道实现热量可控导出；
84.c)包容放射性裂变产物；
85.d)保持结构完整性；
86.e)便于制造、维修和后处理；
87.3)设计要求解耦(s3)
88.a)按堆芯要求提供核燃料实现可控核能转变成热能：提供可裂变核素，可裂变核素的分布满足堆芯要求，中子吸收材料分布满足堆芯要求；
89.b)为冷却剂提供合适的流道实现热量可控导出：提供流道，提供冷却剂，冷却剂能力强，冷却剂与材料相容性好，压降小；
90.c)包容放射性裂变产物：保持密封性；
91.d)保持结构完整性：应力小，不失稳，变形可接受；
92.e)便于制造、维修和后处理：工艺可实现，便于远距离水下操作。
93.4)物理驱动设计(s4)
94.a)按堆芯要求提供核燃料实现可控核能转变成热能；
95.提供可裂变核素：
235
u，
239
p，
233
u；
96.可裂变核素的分布满足堆芯要求：金属u，uo2；
97.中子吸收材料分布满足堆芯要求：ag-in-cd，b4c，zr，不锈钢；
98.b)为冷却剂提供合适的流道实现热量可控导出；
99.提供流道：燃料元件之间均布流道；
100.提供冷却剂：he，水；
101.冷却剂能力强：水；
102.冷却剂与材料相容性好：水；
103.压降小：流通面积大，结构光滑过渡；
104.c)包容放射性裂变产物；
105.保持密封性：气密性材料不发生破损；
106.d)保持结构完整性；
107.应力小：高强度材料，增加结构，降低载荷；
108.不失稳：降低载荷，增加结构；
109.变形可接受：变形量不超限；
110.e)便于制造、维修和后处理；
111.工艺可实现：车，铣，轧制，焊接，面向制造的设计；
112.便于远距离水下操作：可拆装连接；
113.5)系统集成设计(s5)
114.a)按堆芯要求提供核燃料实现可控核能转变成热能：
235
uo2芯块，zr包壳，ag-in-cd控制棒，不锈钢结构材料，并按照堆芯要求布置在相应位置；
115.b)为冷却剂提供合适的流道实现热量可控导出：直径9.5mm光滑燃料棒通过格架按12.6mm栅距17
×
17方形排列，水冷却；
116.c)包容放射性裂变产物：zr包壳轧制管材无损检验合格，运行过程中不发生裂纹；
117.d)保持结构完整性：自重抵消水力学力，不附加机械载荷，设计管座进行限位和承载，设计堆芯围板限制燃料组件变形；
118.e)便于制造、维修和后处理：
235
uo2芯块压制、烧结、磨削，zr包壳轧制，管座车铣，管座与燃料段可拆连接。
119.6)产品仿真测试(s6)
120.a)按堆芯要求提供核燃料实现可控核能转变成热能：核-热耦合分析释热量；
121.b)为冷却剂提供合适的流道实现热量可控导出：热-流-固耦合分析热量导出能力；
122.c)包容放射性裂变产物：核-热-固耦合分析包壳行为；
123.d)保持结构完整性：热-流-固耦合分析燃料组件的应力和变形；
124.e)便于制造、维修和后处理：制造与维修的工艺和操作仿真。
125.7)产品验证优化(s7)
126.a)按堆芯要求提供核燃料实现可控核能转变成热能：判断释热量满足市场需要；
127.b)为冷却剂提供合适的流道实现热量可控导出：判断导热能力达到并具有适度安全裕量；
128.c)包容放射性裂变产物：判断包壳不开裂；
129.d)保持结构完整性：判断应力和变形不超限；
130.e)便于制造、维修和后处理：判断制造与维修工艺可实现。
131.8)产品设计输出(s8)
132.一种直径9.5mm的uo
2-zr光滑燃料棒通过格架按12.6mm栅距17
×
17方形排列构成的束棒型燃料组件。
133.实施例4
134.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升燃耗，设计如下：
135.1)明确市场需求(s1)
136.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的燃耗获得提升。
137.2)落实设计要求(s2)
138.a)燃耗增加；
139.b)其余要求不降低。
140.3)设计要求解耦(s3)
141.a)燃耗增加：减少裂变气体释放，提升包壳强度和抗蠕变能力，降低温度，降低包壳腐蚀，降低辐照生长，降低组件载荷，
142.b)其余要求不降低：
143.4)物理驱动设计(s4)
144.a)燃耗增加
145.减少裂变气体释放：采用大晶粒结构减少释放，燃料掺杂(cr、zr等)改性提升包容能力减少释放，提高材料热导率降低燃料温度来减少热释放；
146.提升包壳强度和抗蠕变能力：新型锆合金或低中子吸收截面的高强度抗蠕变材料，工艺改进；
147.降低温度：将燃料棒气腔设置在堆芯入口位置，提高材料热导率；
148.降低包壳腐蚀：抗腐蚀材料，涂层等隔离包壳与腐蚀源(水化学)，优化腐蚀源；
149.降低辐照生长：改进工艺使其制造状态下织构已处于生长极限状态，采用对称晶胞结构的材料消除辐照生长；
150.降低组件轴向载荷：采用变刚度低松弛压紧系统；
151.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
152.5)系统集成设计(s5)
153.a)燃耗增加：大晶粒掺cr改性提高热导率的芯块、带涂层高强度抗蠕变锆合金或fecral包壳、带下气腔的燃料棒，变刚度低松弛压紧系统；
154.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
155.6)产品仿真测试(s6)
156.a)燃耗增加：燃料棒性能分析，辐照生长分析，燃料组件轴向载荷分析；
157.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
158.7)产品验证优化(s7)
159.a)燃耗增加：判断极限燃耗是否高于原有组件的极限燃耗；
160.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
161.8)产品设计输出(s8)
162.一种基于已有燃料组件提高燃耗的燃料组件设计：采用大晶粒掺cr芯块、带涂层锆合金或fecral包壳、带下气腔的燃料棒和变刚度低松弛压紧系统，其余结构维持原设计，如图4-5所示。
163.实施例5
164.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升临界热流密度，设计如下：
165.1)明确市场需求(s1)
166.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的临界热流密度获得提升。
167.2)落实设计要求(s2)
168.a)临界热流密度提升；
169.b)其余要求不降低。
170.3)设计要求解耦(s3)
171.a)临界热流密度提升：提升冷却剂流速，降低同一轴向高度位置冷却剂温差，减少气泡，
172.b)其余要求不降低：
173.4)物理驱动设计(s4)
174.a)临界热流密度提升
175.提升冷却剂流速：提高系统流量(单燃料组件无法实施)，减少无效旁流(单燃料组件难以实施)，
176.降低同一轴向高度位置冷却剂温差：在定位格架上增设搅混翼、增加搅混翼面积或增加搅混翼在高流速区的投影面积以加强冷却剂之间的横向交混，
177.减少气泡：增设或优化搅混翼提升冷却剂对气泡的破碎作用，
178.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
179.5)系统集成设计(s5)
180.a)临界热流密度提升：在定位格架上增设搅混翼、增加搅混翼面积或增加搅混翼在高流速区的投影面积；
181.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
182.6)产品仿真测试(s6)
183.a)临界热流密度提升：燃料棒临界热流密度分析；
184.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
185.7)产品验证优化(s7)
186.a)临界热流密度提升：判断临界热流密度是否高于原有组件；
187.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
188.8)产品设计输出(s8)
189.一种基于已有燃料组件提高临界热流密度的燃料组件设计：在定位格架上增设搅混翼、增加搅混翼面积或增加搅混翼在高流速区的投影面积，其余结构维持原设计，如图6所示。
190.实施例6
191.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升抗震性能，设计如下：
192.1)明确市场需求(s1)
193.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的抗震性能获得提升。
194.2)落实设计要求(s2)
195.a)抗震裕量增加；
196.b)其余要求不降低。
197.3)设计要求解耦(s3)
198.a)抗震裕量增加：应力限值和格架屈曲强度提升，地震载荷下的应力值和撞击力降低，
199.b)其余要求不降低：
200.4)物理驱动设计(s4)
201.a)抗震裕量增加
202.应力限值和格架屈曲强度提升：采用高强度材料，增加格架条带屈曲强度，加强格架条带相互支撑；
203.地震载荷下的应力值和撞击力降低：增加承载截面(如导向管壁厚和格架数量)，降低载荷值(如降低格架跨质量)，变刚度压紧系统，
204.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
205.5)系统集成设计(s5)
206.a)抗震裕量增加：采用加厚导向管、加厚条带格架、变刚度压紧系统、减少跨距、增加格架数量的燃料组件；
207.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
208.6)产品仿真测试(s6)
209.a)抗震裕量增加：燃料组件抗震分析；
210.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
211.7)产品验证优化(s7)
212.a)抗震裕量增加：判断抗震裕量是否高于原有组件的抗震裕量；
213.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
214.8)产品设计输出(s8)
215.一种基于已有燃料组件提高抗震性能的燃料组件设计：采用加厚导向管、加厚条带格架、变刚度压紧系统、减少跨距、增加格架数量，其余结构维持原设计，如图5和图7所示。
216.实施例7
217.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升捕捉异物能力，设计如下：
218.1)明确市场需求(s1)
219.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的捕捉异物能力获得提升。
220.2)落实设计要求(s2)
221.a)捕捉异物能力增强；
222.b)其余要求不降低。
223.3)设计要求解耦(s3)
224.a)捕捉异物能力增强：降低球状异物通过概率，降低柱状异物通过概率，降低条状异物通过概率，降低片状异物通过概率，
225.b)其余要求不降低：满足强度要求，流通面积不降低，
226.4)物理驱动设计(s4)
227.a)捕捉异物能力增强
228.降低球状异物通过概率：减小流水孔宽度的过滤结构；
229.降低柱状异物通过概率：减小流水孔宽度的过滤结构；
230.降低条状异物通过概率：非直通流水孔的过滤结构；
231.降低片状异物通过概率：减小流水孔对边距的过滤结构，非直通流水孔的过滤结
构；
232.b)其余要求不降低
233.满足强度要求：往强度不减弱的方向调整过滤结构；
234.流通面积不降低：过滤结构上宽度减小的流水孔增加长度以补偿流通面积的减小；
235.5)系统集成设计(s5)
236.a)捕捉异物能力增强：过滤结构采用宽度和对边距减小的非直通流水孔(如空间曲面平行排列形成的窄缝流水孔)；
237.b)其余要求不降低：过滤结构宽度减小的流水孔增加长度以补偿流通面积的减小，往强度不减弱的方向调整承载结构；其余维持原方案。
238.6)产品仿真测试(s6)
239.a)捕捉异物能力增强：过滤性能分析；
240.b)其余要求不降低：流通面积分析、强度分析。
241.7)产品验证优化(s7)
242.a)捕捉异物能力增强：判断过滤性能是否高于原有组件的过滤性能；
243.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
244.8)产品设计输出(s8)
245.一种基于已有燃料组件提高捕捉异物能力的燃料组件设计：采用空间曲面平行排列形成的窄缝流水孔的过滤结构，其余维持原设计，如图9所示。
246.实施例8
247.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升抗磨蚀性能，设计如下：
248.1)明确市场需求(s1)
249.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的抗磨蚀性能获得提升。
250.2)落实设计要求(s2)
251.a)抗磨蚀性能增强；
252.b)其余要求不降低。
253.3)设计要求解耦(s3)
254.a)抗磨蚀性能增强：降低振动载荷，提升等效刚度，增加磨蚀裕量，
255.b)其余要求不降低：
256.4)物理驱动设计(s4)
257.a)抗磨蚀性能增强
258.降低振动载荷：流量分配均匀、带过滤功能的下管座结构；
259.提升等效刚度：低应力、大夹持力的燃料棒夹持结构，燃料棒座底横向限位约束；
260.增加磨蚀裕量：长端塞燃料棒结构；
261.b)其余要求不降低
262.5)系统集成设计(s5)
263.a)抗磨蚀性能增强：低应力、大夹持力的燃料棒夹持结构，流量分配均匀、带过滤功能的下管座结构，长端塞燃料棒结构；
264.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
265.6)产品仿真测试(s6)
266.a)抗磨蚀性能增强：燃料组件抗磨蚀性能分析；
267.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
268.7)产品验证优化(s7)
269.a)抗磨蚀性能增强：判断抗磨蚀性能是否高于原有组件；
270.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
271.8)产品设计输出(s8)
272.一种基于已有燃料组件提高抗磨蚀性能的燃料组件设计：采用流量分配均匀、带过滤功能的下管座结构，低应力、大夹持力的燃料棒夹持结构，长端塞燃料棒座底横向限位约束，其余维持原设计，如图9-10所示。
273.实施例9
274.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件。，提升防勾挂性能，设计如下：
275.1)明确市场需求(s1)
276.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的防勾挂性能获得提升。
277.2)落实设计要求(s2)
278.a)防勾挂性能提升；
279.b)其余要求不降低。
280.3)设计要求解耦(s3)
281.a)防勾挂性能提升：降低外表面几何干涉，提高组件刚度，降低组件载荷
282.b)其余要求不降低：
283.4)物理驱动设计(s4)
284.a)防勾挂性能提升
285.降低外表面几何干涉：格架外条带在极限位置导向翼结构不发生相互侵入，
286.提高组件刚度：厚壁导向管，
287.降低组件载荷：采用变刚度低松弛压紧系统，
288.b)其余要求不降低
289.5)系统集成设计(s5)
290.a)防勾挂性能提升：格架外条带在极限位置下导向翼结构不发生相互侵入，采用厚壁导向管和变刚度低松弛压紧系统；
291.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
292.6)产品仿真测试(s6)
293.a)防勾挂性能提升：燃料组件吊装运动仿真分析；
294.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
295.7)产品验证优化(s7)
296.a)防勾挂性能提升：判断防勾挂性能是否高于原有组件；
297.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
298.8)产品设计输出(s8)
299.一种基于已有燃料组件提高防勾挂性能的燃料组件设计：格架外条带在极限位置下导向翼结构不发生相互侵入，采用厚壁导向管和变刚度低松弛压紧系统，其余维持原设计，如图7所示。
300.实施例10
301.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升固有安全性，设计如下：
302.1)明确市场需求(s1)
303.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的固有安全性获得提升。
304.2)落实设计要求(s2)
305.a)固有安全性提升；
306.b)其余要求不降低。
307.3)设计要求解耦(s3)
308.a)固有安全性提升：提高换热效率，降低热储能
309.b)其余要求不降低：
310.4)物理驱动设计(s4)
311.a)固有安全性提升
312.提高换热效率：金属包壳接触传热，
313.降低热储能：带中心孔燃料芯块，
314.b)其余要求不降低
315.5)系统集成设计(s5)
316.a)固有安全性提升：金属包壳接触传热，带中心孔燃料芯块。
317.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
318.6)产品仿真测试(s6)
319.a)固有安全性提升：燃料传热与温度场分析；
320.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
321.7)产品验证优化(s7)
322.a)固有安全性提升：判断固有安全性是否高于原有组件；
323.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
324.8)产品设计输出(s8)
325.一种基于已有燃料组件提高固有安全性的燃料组件设计：带中心孔燃料芯块、金属包壳接触传热的燃料元件，其余维持原设计，如图8所示。
326.实施例11
327.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升压紧性能，设计如下：
328.1)明确市场需求(s1)
329.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的压紧性能获得提升。
330.2)落实设计要求(s2)
331.a)压紧性能提升；
332.b)其余要求不降低。
333.3)设计要求解耦(s3)
334.a)压紧性能提升：降低寿期初压紧力，降低辐照松弛
335.b)其余要求不降低：
336.4)物理驱动设计(s4)
337.a)压紧性能提升
338.降低寿期初压紧力：变刚度压紧系统，
339.降低辐照松弛：低应力、低松弛压紧系统，
340.b)其余要求不降低
341.5)系统集成设计(s5)
342.a)压紧性能提升：变刚度低松弛压紧系统；
343.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
344.6)产品仿真测试(s6)
345.a)压紧性能提升：燃料组件压紧性能分析；
346.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
347.7)产品验证优化(s7)
348.a)压紧性能提升：判断压紧性能是否优于原有组件；
349.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
350.8)产品设计输出(s8)
351.一种基于已有燃料组件提高压紧性能的燃料组件设计：采用变刚度低松弛压紧系统，其余维持原设计，如图5所示。
352.实施例12
353.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升事故预防缓解能力，设计如下：
354.1)明确市场需求(s1)
355.a)相比现有燃料组件(如实施例3的燃料组件)的事故预防缓解能力获得提升。
356.2)落实设计要求(s2)
357.a)事故预防缓解能力提升；
358.b)其余要求不降低。
359.3)设计要求解耦(s3)
360.a)事故预防缓解能力提升：延缓或消除锆水反应，延缓燃料摞倒塌
361.b)其余要求不降低：
362.4)物理驱动设计(s4)
363.a)事故预防缓解能力提升
364.延缓或消除锆水反应：耐高温涂层锆包壳或fecral等耐高温包壳，
365.延缓燃料摞倒塌：sic等耐高温包壳或耐高温网基复合包壳；
366.b)其余要求不降低
367.5)系统集成设计(s5)
368.a)事故预防缓解能力提升：耐高温涂层锆包壳，fecral、sic等耐高温包壳或耐高温网基复合包壳；
369.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
370.6)产品仿真测试(s6)
371.a)事故预防缓解能力提升：燃料组件事故行为分析；
372.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
373.7)产品验证优化(s7)
374.a)事故预防缓解能力提升：判断事故预防缓解能力是否优于原有组件；
375.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
376.8)产品设计输出(s8)
377.一种基于已有燃料组件提高事故预防缓解能力的燃料组件设计：采用耐高温涂层锆包壳、fecral、sic等耐高温包壳或耐高温网基复合包壳，其余维持原设计。
378.实施例13
379.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种燃料组件，提升综合性能，设计如下：
380.1)明确市场需求(s1)
381.a)相比现有燃料组件的燃耗获得提升；
382.b)相比现有燃料组件的临界热流密度获得提升；
383.c)相比现有燃料组件的抗震性能获得提升；
384.d)相比现有燃料组件的捕捉异物能力获得提升
385.e)相比现有燃料组件的抗磨蚀性能获得提升；
386.f)相比现有燃料组件的压紧性能获得提升；
387.g)相比现有燃料组件的防勾挂性能获得提升。
388.2)落实设计要求(s2)
389.a)燃耗增加；
390.b)临界热流密度提升；
391.c)抗震裕量增加；
392.d)捕捉异物能力增强；
393.e)抗磨蚀性能增强；
394.f)压紧性能提升；
395.g)防勾挂性能提升；
396.h)其余要求不降低。
397.3)设计要求解耦(s3)
398.a)燃耗增加：减少裂变气体释放，提升包壳强度和抗蠕变能力，降低温度，降低包壳腐蚀，降低辐照生长，降低组件载荷，
399.b)临界热流密度提升：提升冷却剂流速，降低同一轴向高度位置冷却剂温差，减少气泡，
400.c)抗震裕量增加：应力限值和格架屈曲强度提升，地震载荷下的应力值和撞击力降低，
401.d)捕捉异物能力增强：降低球状异物通过概率，降低柱状异物通过概率，降低条状异物通过概率，降低片状异物通过概率，
402.e)抗磨蚀性能增强：降低振动载荷，提升等效刚度，增加磨蚀裕量，
403.f)压紧性能提升：降低寿期初压紧力，降低辐照松弛
404.g)防勾挂性能提升：降低外表面几何干涉，提高组件刚度，降低组件载荷
405.h)其余要求不降低：
406.4)物理驱动设计(s4)
407.a)燃耗增加
408.减少裂变气体释放：采用大晶粒结构减少释放，燃料掺杂(cr、zr等)改性提升包容能力减少释放，提高材料热导率降低燃料温度来减少热释放，提升包壳强度和抗蠕变能力：新型锆合金或低中子吸收截面的高强度抗蠕变材料，工艺改进，
409.降低温度：将燃料棒气腔设置在堆芯入口位置，提高材料热导率，
410.降低包壳腐蚀：抗腐蚀材料，涂层等隔离包壳与腐蚀源(水化学)，优化腐蚀源，
411.降低辐照生长：改进工艺使其制造状态下织构已处于生长极限状态，采用对称晶胞结构的材料消除辐照生长，
412.降低组件轴向载荷：采用变刚度低松弛压紧系统。
413.b)临界热流密度提升
414.c)提升冷却剂流速：提高系统流量(单燃料组件无法实施)，减少无效旁流(单燃料组件难以实施)，
415.降低同一轴向高度位置冷却剂温差：在定位格架上增设搅混翼、增加搅混翼面积或增加搅混翼在高流速区的投影面积以加强冷却剂之间的横向交混，
416.减少气泡：增设或优化搅混翼提升冷却剂对气泡的破碎作用；
417.d)抗震裕量增加
418.应力限值和格架屈曲强度提升：采用高强度材料，增加格架条带屈曲强度，加强格架条带相互支撑；
419.地震载荷下的应力值和撞击力降低：增加承载截面(如导向管壁厚和格架数量)，降低载荷值(如降低格架跨质量)，变刚度压紧系统；
420.e)捕捉异物能力增强
421.降低球状异物通过概率：减小流水孔宽度的过滤结构，
422.降低柱状异物通过概率：减小流水孔宽度的过滤结构，
423.降低条状异物通过概率：非直通流水孔的过滤结构，
424.降低片状异物通过概率：减小流水孔对边距的过滤结构，非直通流水孔的过滤结构；
425.f)抗磨蚀性能增强
426.降低振动载荷：流量分配均匀、带过滤功能的下管座结构，
427.提升等效刚度：低应力、大夹持力的燃料棒夹持结构，燃料棒座底横向限位约束；
428.增加磨蚀裕量：长端塞燃料棒结构；
429.g)压紧性能提升
430.降低寿期初压紧力：变刚度压紧系统；
431.降低辐照松弛：低应力、低松弛压紧系统；
432.h)防勾挂性能提升
433.降低外表面几何干涉：格架外条带在极限位置导向翼结构不发生相互侵入，提高组件刚度：厚壁导向管；
434.降低组件载荷：采用变刚度低松弛压紧系统；
435.i)其余要求不降低
436.5)系统集成设计(s5)
437.a)燃耗增加：大晶粒掺cr改性提高热导率的芯块、带涂层高强度抗蠕变锆合金或fecral包壳、带下气腔的燃料棒，变刚度低松弛压紧系统；
438.b)临界热流密度提升：在定位格架上增设搅混翼、增加搅混翼面积或增加搅混翼在高流速区的投影面积；
439.c)抗震裕量增加：采用加厚导向管、加厚条带格架、变刚度压紧系统、减少跨距、增加格架数量的燃料组件；
440.d)捕捉异物能力增强：过滤结构采用宽度和对边距减小的非直通流水孔(如空间曲面平行排列形成的窄缝流水孔)；
441.e)抗磨蚀性能增强：低应力、大夹持力的燃料棒夹持结构，流量分配均匀、带过滤功能的下管座结构，长端塞燃料棒结构；
442.f)压紧性能提升：变刚度低松弛压紧系统；
443.g)防勾挂性能提升：格架外条带在极限位置下导向翼结构不发生相互侵入，采用厚壁导向管和变刚度低松弛压紧系统；
444.h)其余要求不降低：维持原技术方案。
445.6)产品仿真测试(s6)
446.a)燃耗增加：燃料棒性能分析，辐照生长分析，燃料组件轴向载荷分析；
447.b)临界热流密度提升：燃料棒临界热流密度分析；
448.c)抗震裕量增加：燃料组件抗震分析；
449.d)捕捉异物能力增强：过滤性能分析；
450.e)抗磨蚀性能增强：燃料组件抗磨蚀性能分析；
451.f)压紧性能提升：燃料组件压紧性能分析；
452.g)防勾挂性能提升：燃料组件吊装运动仿真分析；
453.h)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
454.7)产品验证优化(s7)
455.a)燃耗增加：判断极限燃耗是否高于原有组件；
456.b)临界热流密度提升：判断临界热流密度是否高于原有组件；
457.c)抗震裕量增加：判断燃料组件抗震性能是否高于原有组件；
458.d)捕捉异物能力增强：判断过滤性能是否高于原有组件；
459.e)抗磨蚀性能增强：判断抗磨蚀性能是否高于原有组件；
460.f)压紧性能提升：判断压紧性能是否优于原有组件；
461.g)防勾挂性能提升：判断防勾挂性能是否高于原有组件；
462.h)其余要求不降低：判断性能不降低。
463.8)产品设计输出(s8)
464.一种基于已有燃料组件提高综合性能的燃料组件设计：采用大晶粒掺cr芯块、带
涂层锆合金或fecral包壳、带下气腔、长端塞座底横向限位约束的燃料棒；定位格架采用加厚条带、低应力、大夹持力的燃料棒夹持结构，增设搅混翼、增加搅混翼面积或增加搅混翼在高流速区的投影面积，外条带在极限位置下导向翼结构不发生相互侵入；空间曲面平行排列形成的窄缝流水孔、流量分配均匀的下管座结构；加厚导向管；变刚度低松弛压紧系统；组件总体结构上减少跨距、增加格架数量；其余维持原设计。
465.实施例14
466.采用上述实施例1提出的方法或实施例2提出的系统实现一种反应堆，提升安全性，设计如下：
467.1)明确市场需求(s1)
468.a)相比现有反应堆(如包括上述实施例3-13设计的燃料组件模型的反应堆)的安全性获得提升。
469.2)落实设计要求(s2)
470.a)安全性能提升；
471.b)其余要求不降低。
472.3)设计要求解耦(s3)
473.a)安全性能提升：降低堆芯热储能，提升余热导出能力
474.b)其余要求不降低：
475.4)物理驱动设计(s4)
476.a)安全性能提升
477.降低堆芯热储能：金属包壳接触传热、带中心孔燃料芯块的燃料组件，先进堆芯设计(177堆芯)；
478.提升余热导出能力：能动与非能动结合的余热排出系统，能动与非能动结合的应急堆腔注水系统；
479.b)其余要求不降低
480.5)系统集成设计(s5)
481.a)安全性能提升：金属包壳接触传热、带中心孔燃料芯块的燃料组件的177堆芯，能动与非能动结合的余热排出系统，能动与非能动结合的应急堆腔注水系统；
482.b)其余要求不降低：维持原技术方案。
483.6)产品仿真测试(s6)
484.a)安全性能提升：反应堆安全分析；
485.b)其余要求不降低：按照原仿真测试重新测试或借用原有测试结果。
486.7)产品验证优化(s7)
487.a)安全性能提升：判断安全性能是否优于原有反应堆；
488.b)其余要求不降低：判断性能不降低。
489.8)产品设计输出(s8)
490.一种基于已有反应堆提高安全性能的反应堆设计：采用金属包壳接触传热、带中心孔燃料芯块的燃料组件的177堆芯，能动与非能动结合的余热排出系统，能动与非能动结合的应急堆腔注水系统，其余维持原设计。
491.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。