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文檔簡介

1、核反應(yīng)堆熱工分析07課件核反應(yīng)堆熱工分析07課件*傳熱分析2沸水堆,壓水堆正常工況壓水堆中冷卻劑喪失事故末期7.1兩相沸騰換熱沸騰型式判定冷卻劑的傳熱工況大容積沸騰定義:由浸沒在具有自由表面原來靜止的大容積液體內(nèi)的受熱面所產(chǎn)生的沸騰特點:液體的流速很低,自然對流起主導(dǎo)作用流動沸騰定義:指流體流經(jīng)加熱通道時發(fā)生的沸騰特點:液體的流速較高,強迫對流起主導(dǎo)作用*傳熱分析4沸水堆,壓水堆正常工況壓水堆中冷卻劑喪失事故末期*傳熱分析3飽和池式沸騰7.1.1 沸騰曲線 壁面過熱度和熱流密度的關(guān)系曲線通常稱為沸騰曲線*傳熱分析5飽和池式沸騰7.1.1 沸騰曲線 壁面過熱度和*傳熱分析42 流動沸騰單相液對流

2、區(qū)(A區(qū)) 欠熱沸騰區(qū)(B區(qū)) 泡核沸騰區(qū)(C,D區(qū)) 液膜強迫對流蒸發(fā)區(qū)(E,F(xiàn)區(qū)) 缺液區(qū)(G區(qū))單相汽對流區(qū)(H區(qū)) *傳熱分析62 流動沸騰*傳熱分析57.1.1 沸騰曲線DNB延長線*傳熱分析77.1.1 沸騰曲線DNB延長線*傳熱分析67.1.2 核態(tài)沸騰傳熱*傳熱分析87.1.2 核態(tài)沸騰傳熱*傳熱分析7當(dāng)液體溫度遠小于ts時,在ONB上沒有明顯可見的氣泡,只有熱的液體從過熱邊界層流到冷的液體中去7.1.2 核態(tài)沸騰傳熱隨著q的增加,在加熱面上產(chǎn)生氣泡,但很快在躍離壁面之前就被冷凝了,在熱邊界層引起微量的對流當(dāng)液體達到飽和溫度時,氣泡將不再在液體中凝結(jié),而是上升到自由表面當(dāng)液體溫

3、度接近ts時,氣泡在加熱面上長大并躍離壁面,它們升向自由表面的過程中,被冷液體所冷凝q*傳熱分析9當(dāng)液體溫度遠小于ts時,在ONB上沒有明顯可見的*傳熱分析8如圖,當(dāng)加熱面的溫度小于流體在該特定位置的飽和溫度,即 時,是不會產(chǎn)生沸騰的,顯然產(chǎn)生沸騰的下限為:7.1.2 核態(tài)沸騰傳熱沸騰起始點(ONB)的判別: 過冷沸騰中壁面溫度和液體溫度的分布*傳熱分析10如圖,當(dāng)加熱面的溫度小于流體在該特定位置的飽和*傳熱分析97.1.2 核態(tài)沸騰傳熱沸騰起始點(ONB)的判別: 令:對于:則得: 凡不滿足上式的都落入圖中A區(qū),在這個區(qū)域內(nèi)不會產(chǎn)生任何氣泡 隨著距離z的增加,斜率減??;而質(zhì)量流密度G、通道直

4、徑D或換熱系數(shù)的增加,斜率則增大 通常q, ,G是給定的,故易算出通道壁面溫度超過液體飽和溫度的起始點*傳熱分析117.1.2 核態(tài)沸騰傳熱沸騰起始點(ONB)的*傳熱分析107.1.2 核態(tài)沸騰傳熱當(dāng)壁面溫度超過飽和溫度時,不會立即就形成穩(wěn)定的過冷沸騰 在液體的單相對流區(qū)與充分發(fā)展的過冷區(qū)之間存在一個“部分沸騰”區(qū)部分沸騰區(qū):由較少汽泡發(fā)源點構(gòu)成,大部分熱量是通過單相對流方式由汽泡間的壁面向流體進行傳遞,故并入液體的單相區(qū)*傳熱分析127.1.2 核態(tài)沸騰傳熱當(dāng)壁面溫度超過飽和溫度*傳熱分析11 當(dāng)沸騰開始時壁面溫度由D下降到D,而后隨著q的增加,壁溫按曲線DEF的趨勢而變化 當(dāng)欠熱度不變時

5、,隨著q的增加, 與q之間的關(guān)系遵循ABD線的規(guī)律,直至第一批汽泡生成為止7.1.2 核態(tài)沸騰傳熱當(dāng)入口欠熱度和質(zhì)量流密度為給定時,在坐標(biāo)z處的通道內(nèi)壁面溫度隨熱流密度穩(wěn)定增加時的變化如圖所示: 當(dāng)q為給定時,開始產(chǎn)生沸騰所需的過熱度比曲線ABDE所示的要高一些*傳熱分析13 當(dāng)沸騰開始時壁面溫度由D下降到D,而*傳熱分析127.1.2 核態(tài)沸騰傳熱Bergles和Rohsenow根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到過冷沸騰起始點的判據(jù),對0.113.8MPa的水為: 聯(lián)立求解,就可得到在一定流體溫度下的沸騰起始點的q和單相強迫對流傳熱方程:*傳熱分析147.1.2 核態(tài)沸騰傳熱Bergles和Roh*傳熱分析1

6、37.1.2 核態(tài)沸騰傳熱確定過冷沸騰起始點的位置的更為普遍的方法是把Jens-Lottes沸騰傳熱方程與單相強迫對流方程聯(lián)合求解,得到如下關(guān)系式: :按Jens-Lottes方程求得的壁面過熱度:沸騰起始點的流體溫度其中: 即:*傳熱分析157.1.2 核態(tài)沸騰傳熱確定過冷沸騰起始點的位*傳熱分析147.1.3 過渡沸騰傳熱 包含沸騰和對流成分的關(guān)系式,如:Rohsenow關(guān)系式、Tong關(guān) 系式、Ramu&Weisman關(guān)系式 現(xiàn)象關(guān)系式, 如: Tong&Young關(guān)系式、Ragheb&Cheng關(guān)系式 經(jīng)驗關(guān)系式,如: Ellion關(guān)系式Berenson關(guān)系式定義:加熱表面上任意位置隨

7、機存在的一種不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰和不穩(wěn)定核態(tài)沸騰的結(jié)合,是一種中間傳熱方式傳熱率隨溫度而變化,其大小取決于該位置每種沸騰形式存在的時間份額過渡沸騰傳熱的關(guān)系式大致包括以下三種形式:*傳熱分析167.1.3 過渡沸騰傳熱 包含沸騰和對流*傳熱分析157.1.3 過渡沸騰傳熱Ellion關(guān)系式: 實驗范圍: Tong(1972)關(guān)系式: 實驗范圍: *傳熱分析177.1.3 過渡沸騰傳熱Ellion關(guān)系式: *傳熱分析167.1.3 過渡沸騰傳熱實驗范圍: S.C.Cheng(1978)關(guān)系式:*傳熱分析187.1.3 過渡沸騰傳熱實驗范圍: S.C.C*傳熱分析177.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱定義:在加熱

8、表面形成穩(wěn)定的蒸汽膜層,q隨溫差的增加而增大,且該傳熱區(qū)的加熱表面主要通過輻射和強迫對流向蒸汽傳熱,也通過液體與壁面之間的相互作用向液體傳熱就流動沸騰而言,膜態(tài)沸騰可分為反環(huán)狀流和彌散流兩種流型當(dāng)空泡率份額小于30當(dāng)空泡率份額大于80處于以上兩者之間 按照Groeneveld的區(qū)分流型準則,膜態(tài)沸騰區(qū)可分為:反環(huán)狀流區(qū):塊狀流過渡區(qū):彌散流區(qū):*傳熱分析197.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱定義:在加熱表面形成穩(wěn)*傳熱分析187.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱*傳熱分析207.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱*傳熱分析197.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱修正的DittusBoelter關(guān)系式:計算膜態(tài)沸騰傳熱的經(jīng)驗關(guān)系式 式中 為漂

9、移流密度模型的空泡份額,適用范圍:壓力含汽率*傳熱分析217.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱修正的DittusB*傳熱分析207.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱Groeneveld公式: 式中 :適用范圍:介質(zhì)為水的垂直或水平放置的圓管或環(huán)形管道質(zhì)量流密度只在80來個數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上擬合而來分析的重要性*傳熱分析227.1.4 膜態(tài)沸騰傳熱Groeneveld公*傳熱分析217.2 沸騰臨界特點:由于沸騰機理的變化引起的換熱系數(shù)的陡降,導(dǎo)致受熱面的溫度驟升臨界熱流密度:達到沸騰臨界時的熱流密度 沸騰臨界一般和發(fā)生沸騰臨界時的流型有著密切的關(guān)系 沸騰臨界根據(jù)流動工況的不同通常分為兩類: 過冷或低含汽量下的沸騰臨界 高含

10、汽量下的沸騰臨界*傳熱分析237.2 沸騰臨界特點:由于沸騰機理的變化引起的*傳熱分析227.2 沸騰臨界過冷或低含汽量下沸騰臨界高含汽量下的沸騰臨界物理現(xiàn)象受熱面上逸出的氣泡數(shù)量太多,阻礙了液體的補充,在加熱面上形成一個蒸汽隔熱層,從而使傳熱性能惡化,加熱面的溫度驟升在高含汽量下,當(dāng)冷卻劑的流型為環(huán)狀流時,由于沸騰而產(chǎn)生過分強烈的汽化,液體層被破壞,從而導(dǎo)致的沸騰臨界物理特點當(dāng)熱流密度值超過臨界熱流密度值,此時溫度會躍升到下一個穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰區(qū)所對應(yīng)溫度,溫度階躍可達到近千攝氏度,足以導(dǎo)致加熱面的迅速“燒毀”,故也稱為快速燒毀由于環(huán)狀流工況具有快速流動的蒸汽核心,具有較大的換熱悉數(shù),壁溫升高

11、速率要慢些,金屬材料不會立即燒損,但當(dāng)燃料元件包殼表面干濕交替變化時,包殼也會損壞,又稱慢速燒毀發(fā)生區(qū)域壓水堆的堆芯通道沸水堆的堆芯通道取決因素?zé)崃髅芏?、系統(tǒng)壓力、冷卻劑流量、含汽率以及冷卻劑流過堆芯時的焓升等因素主要取決于流型參數(shù),而與近壁面參數(shù)關(guān)系很小*傳熱分析247.2 沸騰臨界過冷或低含汽量下沸騰臨界高含汽237.3 典型的臨界熱流密度關(guān)系式 W-3公式軸向均勻加熱的W3公式:公式適用范圍:加熱長度257.3 典型的臨界熱流密度關(guān)系式 W-3公式軸向均24 軸向熱流密度是非均勻分布的修正軸向非均勻加熱時的W3公式為其中F如下計算:其中C值為:( )26 軸向熱流密度是非均勻分布的修正軸

12、向非均勻加熱時的W325 冷壁效應(yīng)的修正考慮到冷壁效應(yīng),在W3公式中需要引入冷壁修正因子 。式中:定位架的修正考慮到定位架的存在,需要引入修正因子 。27 冷壁效應(yīng)的修正考慮到冷壁效應(yīng),在W3公式中需要引入冷26若以 為橫坐標(biāo),以該比值出現(xiàn)的頻率為縱坐標(biāo)作圖,則可得到一個近似高斯分布的圖形,如下圖所示。28若以 為橫27 與 的偏差,95以上的數(shù)據(jù)是在 以內(nèi),具有95的可信度。29 與 的偏差,95以上的數(shù)據(jù)是在 28 W2公式W-2公式在 的部分如下:(J/kg)W-2公式的使用范圍:工作壓力 p5.48818.914MPa;流體質(zhì)量流密度G當(dāng)量直徑通道長度 L0.2281.93m出口含氣量

13、局部熱流密度進口比焓 飽和水比焓;通道的幾何形狀:圓形、矩形和棒束;加熱狀態(tài):均勻和非均勻的都適用。30 W2公式W-2公式在 的部分如29下圖是W-3公式與W-2公式中燒毀熱流密度隨含氣量 的變化示意圖31下圖是W-3公式與W-2公式中燒毀熱流密度隨含氣量 30 B&W公式它是美國Babcock&Wilcox公司發(fā)表的計算臨界熱流密度的公式,其適用的范圍與現(xiàn)在的壓水動力堆參數(shù)相近,公式為( )32 B&W公式它是美國Babcock&Wilcox公司發(fā)31的適用范圍為:P=13.78916.547MPa;G=L=1.828m;定位架間距為0.03m。33的適用范圍為:P=13.78916.547MPa;G=32 WRB-1公式WRB-公式的使用范圍:工作壓力 p9.917.2MPa;流體質(zhì)量流密度WRB1公式比W3公式更符合棒束試驗數(shù)據(jù),該公式如下:含氣量加熱長度 L4.27m;加熱間隙 s=0.330.81m;當(dāng)量直徑熱周當(dāng)量直徑34 WRB-1公式WRB-公式的使用范圍:工作壓力 337.4 最小臨界熱流密度比 臨界熱流密度比,就是指用合適的關(guān)系式計算得到的冷卻劑通道中燃料元件表面某一點的臨界熱流密度 與該點的實際熱流密度q的比值,通常用符號DNBR來表示。其定義式如下: DNBR(z)值沿冷卻劑通道長度是變化的,其最小值稱為最小臨界熱流密度比或最小偏離核態(tài)

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