第9 ( 2 )講-單通道模型反應堆熱工設(shè)計課件

1、Reactor Thermal Hydraulics 15.1 引言 5.2 反應堆熱工設(shè)計準則 5.3 熱管因子和熱點因子 5.4 臨界熱流密度與最小DNBR5.5 單通道模型反應堆熱工設(shè)計的一般步驟概述5.6 子通道模型的反應堆熱工設(shè)計概述第五章 反應堆穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計Reactor Thermal Hydraulics 2單通道模型思想z認為熱點位于熱管中z計算時只分析熱管中的熱工狀態(tài)z并把熱管看作是孤立的、封閉的,它在整個堆芯高度上與相鄰通道之間沒有冷卻劑的動量、質(zhì)量和熱量的交換Reactor Thermal Hydraulics 3z計算步驟z 根據(jù)任務書提出的電站總功率要求，堆熱工設(shè)計

2、方面應與一、二回路系統(tǒng)設(shè)計方面初步商定有關(guān)的。z 確定燃料元件的形狀、尺寸、柵距、排列方式及每個燃料組件內(nèi)的燃料元件數(shù)；計算燃料元件總傳熱面積，并確定堆芯的布置。z 根據(jù)熱工設(shè)計準則中規(guī)定的內(nèi)容進行有關(guān)的計算。Reactor Thermal Hydraulics 4z設(shè)計準則中的規(guī)定內(nèi)容：z計算平均管冷卻劑的質(zhì)量流速z計算平均管冷卻劑的焓場z計算平均管的各類壓降z計算熱管的有效驅(qū)動壓頭z計算熱管冷卻劑的焓場z計算最小DNBRz計算燃料元件的溫度z堆穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟評價Reactor Thermal Hydraulics 5熱工設(shè)計參數(shù)z主參數(shù)：核電廠電功率、電廠效率、系統(tǒng)壓 力、流量、溫

3、度等z結(jié)構(gòu)參數(shù)：燃料元件尺寸、排列方式和柵距等z物性參數(shù)：密度、熱導率、比熱和粘度等z核參數(shù)：徑向功率分布、軸向功率分布、局部峰因子等z其他參數(shù)：旁流系數(shù)、局部形阻系數(shù)等Reactor Thermal Hydraulics 6單通道模型熱工設(shè)計的第一步z第一步：估算反應堆輸出的熱功率Nt。zNe為核電站的電功率。zt為核電站的總效率NNtetReactor Thermal Hydraulics 7z 第二步：計算燃料元件總傳熱面積、并確定堆芯的尺寸。z 計算所需的燃料元件傳熱面積F，即 其中Fu為燃料內(nèi)釋熱量占堆芯總發(fā)熱量的份額； 為燃料元件表面平均熱流密度FNqFtu單通道模型熱工設(shè)計的第二

4、步qReactor Thermal Hydraulics 8z求堆芯燃料元件總根數(shù)N，則有z確定堆芯尺寸,若元件按正方形排列，則堆芯等效直徑與燃料元件數(shù)N之間有如下關(guān)系n-每個燃料組件內(nèi)的元件棒數(shù)；T-組件每邊的長度；Def-堆芯等效直徑堆物理設(shè)計方面希望L/Def保持在0.91.5范圍內(nèi)。 單通道模型熱工設(shè)計的第二步cscsFNdd L,L 分別為燃料元件棒外徑和堆芯高度NnTDef224422DnTd LNqFefcstuReactor Thermal Hydraulics 9單通道模型熱工設(shè)計的第三步第三步、根據(jù)熱工設(shè)計準則中規(guī)定的內(nèi)容進行有關(guān)計算Reactor Thermal Hydr

5、aulics 101）計算平均管冷卻劑的質(zhì)量流速z平均管的冷卻劑質(zhì)量流速Gm，等于冷卻堆芯燃料元件的有效冷卻劑流量除以冷卻劑的有效流通截面積。所謂有效冷卻劑流量，是指進入堆壓力殼的冷卻劑總流量中用來冷卻燃料元件的那一部分流量。那些不流經(jīng)燃料元件周圍，不參與冷卻燃料元件的冷卻劑流量，稱為非有效流量、旁通流量、或漏流，并用旁流系數(shù)來描述atWWt/WW冷卻劑的旁通流量，千克 時冷卻劑的總流量， 千克 時Reactor Thermal Hydraulics 11z 平均管的冷卻劑質(zhì)量流速Gm GWNAmatb(),/ ()12千克米時Ab-相應于一根燃料元件柵元的冷卻劑流通截面；Wt-冷卻劑總流量；

6、 N -燃料元件總根數(shù)。 Reactor Thermal Hydraulics 12Reactor Thermal Hydraulics 132）計算平均管冷卻劑的焓場AL一根燃料元件單位長度上的外表面積，米2/米。 HzHqAG Az dzf mf inLmbz,( )( )0Reactor Thermal Hydraulics 143）計算平均管的各類壓降 z即求 及 的值。其計算方法已在第三章中作了詳細的介紹，在此不再贅述。需要說明的是，應該應用平均管冷卻劑的焓值和系統(tǒng)的壓力去求冷卻劑的密度和粘度等物性參數(shù)，再應用這些物性去計算平均管的各類壓降。 pppppf ma min mex mg

7、 m,、,el mpReactor Thermal Hydraulics 154）計算熱管的有效驅(qū)動壓頭 z熱管的有效驅(qū)動壓頭。z式中kf,h為熱管摩擦壓降的下腔室修正因子；zka,h為熱管各形阻壓降及加速壓降的下腔室修正因子。z按該式，通過迭代，可以求得熱管內(nèi)的冷卻劑的質(zhì)量流速Gh。 ,()h ef hf ma ha min mex mg mel mpkpkppppp,hh eh epppReactor Thermal Hydraulics 165）計算熱管冷卻劑的焓場 ,0( )( )NEzHHLf hf inhhqFFAHzHz dzG Af,h(z)z/NHEHHFF2h熱管軸向 處的

8、冷卻劑焓，焦耳 千克焓升核熱管因子焓升工程熱管因子G -熱管冷卻劑的質(zhì)量流速，千克/(米 .時)Reactor Thermal Hydraulics 176）計算最小DNBR z有了熱管內(nèi)冷卻劑的質(zhì)量流速和焓場分布，就可計算熱管中臨界熱流密度、燃料元件表面DNBR和MDNBR，要使MDNBR值滿足堆熱工設(shè)計準則規(guī)定的要求。穩(wěn)態(tài)工況下，一般要求 MDNBR1.2。,( )( )( )DNB NgeNERqqzDNBR zF FqFz F由DNBR(z)的一階導數(shù)等于零可求出MDNBRReactor Thermal Hydraulics 187）計算燃料元件的溫度 z計算燃料元件中心最高溫度和表面

9、最高溫度，校核它們是否超過堆熱工設(shè)計準則的限值。z要計算燃料元件包殼溫度和中心溫度，就得從元件外面的冷卻劑溫度算起，一直往里逐層計算。z進行熱工計算時把燃料元件沿軸向分段進行計算，并把每一小段中的釋熱量看作是常量，分段的多少按工程上要求的精度而定。Reactor Thermal Hydraulics 19開始計算t0,max與MDNBR打印輸出讀輸入?yún)?shù)計算平均管冷卻劑的質(zhì)量流速計算平均管冷卻劑的焓場分布計算平均管的壓降計算熱管有效驅(qū)動壓頭ph,e假設(shè)熱管冷卻劑的質(zhì)量流速計算熱管冷卻劑焓場計算熱管壓降ph,hh eh eppp計算有關(guān)堆參數(shù)重新假設(shè)熱管冷卻劑的質(zhì)量流量停機單通道模型熱工設(shè)計的程

10、序框圖Reactor Thermal Hydraulics 204.6 子通道模型的反應堆熱工設(shè)計概述Reactor Thermal Hydraulics 21子通道模型思想z認為相鄰通道冷卻劑間在流動過程中存在著橫向的動量、質(zhì)量和熱量的交換。（橫向交混）z通過計算大量的子通道中的熱工參數(shù)，確定出實際的熱管和熱點。Reactor Thermal Hydraulics 22z更接近壓水堆堆芯開式冷卻劑通道的實際情況z提高了熱工設(shè)計的精確度，提高了反應堆的經(jīng)濟性。z不能簡單地只選取熱管和熱點進行計算，而必須對大量的子通道同時進行計算，因而計算工作量較大，所需要的計算費用也較多。 子通道模型的優(yōu)缺點

11、Reactor Thermal Hydraulics 23子通道模型熱工設(shè)計步驟z第一步：劃分子通道z第二步：求解每個子通道的質(zhì)量、軸向與橫向動量和能量守恒方程，計算出各子通道冷卻劑的熱工參數(shù)，確定出最熱通道z第三步：然后計算燃料元件的溫場，求t0,max和MDNBR（這和單通道模型的計算方法相同）。Reactor Thermal Hydraulics 24劃分子通道的方法 z（1）利用整個堆芯形狀對稱、功率分布對稱的特點，只要計算1/2，1/4，1/8堆芯就可以；z（2）也可采用兩步計算方法，即第一步按燃料組件為子通道，計算出堆芯中的最熱燃料組件，第二步對最熱燃料組件內(nèi)部再劃分子通道。z（3）類似于方法（2），不同的是第一步根據(jù)需要劃分橫截面大小不同的子通道。Reactor Thermal Hydraulics 25子通道模型和計算程序z目前提出的許多不同的子通道模型和計算程序，它們之間的不同點是：z橫向交流的處理模型不同z經(jīng)驗公式與數(shù)據(jù)不同，z數(shù)學上的處理方法不同。Reactor Thermal Hydraulics 26小 結(jié)z反應堆熱工設(shè)計需要與其它專業(yè)配合。z熱工設(shè)計本身必須以熱工水力實驗結(jié)果為依據(jù)，驗證各種數(shù)據(jù)、公式以及所采用的計算模型的正確性，據(jù)此修正設(shè)計結(jié)果。z要充分利用新材料、新工藝和新技術(shù)，使堆芯熱工設(shè)計性能盡可能先