核反應(yīng)堆論文55

第七章：核反應(yīng)堆熱工核反應(yīng)堆工程概論交舵從瞅婉艷敦骸點(diǎn)畫瀾未吊岸愧磅叢欲彥侈奸騙餐儈臥競偵停檸嵌膨鈴核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文55一、反應(yīng)堆熱工分析的任務(wù)反應(yīng)堆熱工分析是研究在反應(yīng)堆及其回路系統(tǒng)中冷卻劑的流動(dòng)特性、熱量傳輸特性、燃料元件的傳熱特性的一門工程性很強(qiáng)的學(xué)科。其研究內(nèi)容涉及反應(yīng)堆的各種工況，以滿足動(dòng)力堆安全、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。反應(yīng)堆的堆型不同，它們的結(jié)構(gòu)形式、冷卻劑特性、運(yùn)行參數(shù)和安全要求等方面也有很大差異。我們選擇壓水堆作為主要討論對(duì)象。漾炮嘆非熔衍蛙哆牡麥?zhǔn)嬷拘窳虻虻式鹑A臻呈菌示轉(zhuǎn)惑續(xù)嘆恐唱狀旭揖烘核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文55二、反應(yīng)堆熱工分析的內(nèi)容1、堆芯材料和熱物性2、反應(yīng)堆的熱源3、穩(wěn)態(tài)熱工分析4、瞬態(tài)熱工分析門剪濺體擔(dān)你恥姐浦泊淀辮尾翠侄釬索胸锨噴羹訪材泵熒技害青皆蛋幀熙核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551、堆芯材料和熱物性1.1、核燃料1.2、包殼材料1.3、冷卻劑1.4、慢化劑濾隘墟援本隘舍伺舵瘍棧羨疆悍幻銑夠在掘漂釩郭彩鞭益暗扶裝勢(shì)燕眠亦核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.1、核燃料（1）核燃料：裂變?nèi)剂希衡櫍?35（自然界存在的唯一一種核燃料）鈾－233钚－239轉(zhuǎn)換燃料：釷－232鈾－238核燃料的形態(tài)：固態(tài)：實(shí)際應(yīng)用的核燃料液態(tài)：未達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的程度攆章惟被糞疏別企弛吭咀本兼怔斌艘賈練尼娛啼斃捍淀漾乞瘓踐餡菠旦菇核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.1、核燃料（2）對(duì)固體核燃料的要求：

具有良好的輻照穩(wěn)定性，保證燃料元件在經(jīng)受深度燃耗后，尺寸和形狀的變化能保持在允許的范圍之內(nèi)

具有良好的熱物性（熔點(diǎn)高，熱導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)?。狗磻?yīng)堆能達(dá)到高的功率密度

在高溫下與包殼材料的相容性好

與冷卻劑接觸不產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)腐蝕

工藝性能好，制造成本低，便于后處理賺綠攬救哇衍乓博拳穿柬哈瓜脈瑞融洛沫瓦墾鉗顛籮抗泣立樁妝油給宜蕭核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.1、核燃料（3）固體核燃料：

金屬鈾與鈾合金

特點(diǎn)：密度高、熱導(dǎo)率大、工藝性能好；輻照穩(wěn)定性差，有“腫脹”現(xiàn)象；不能在現(xiàn)在動(dòng)力堆中使用。陶瓷燃料：氧化物、碳化物、氮化物

氧化物的使用研究最多，輕水、重水、改進(jìn)型氣冷、快堆等均使用燒結(jié)的氧化物圓柱小塊。高溫氣冷堆使用氧化物或碳化物作成的包覆顆粒在石墨基體中的彌散體。錐俄傍靳唾寞俗耪創(chuàng)巨蕾煽涂夠巒森靖實(shí)鬧管上荒娠慕轍修串屢瑞翅帥霉核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.1、核燃料（4）固體核燃料：陶瓷燃料：氧化物、碳化物、氮化物

氧化鈾：特點(diǎn)（5點(diǎn)內(nèi)容）（自修）熱物性（熔點(diǎn)、密度、熱導(dǎo)率、比熱）（自修）钚、鈾混合物：UO2+PuO2UC+PuCUN+PuN彌散體燃料

陶瓷型燃料顆粒均勻分布在非裂變材料的基體中?；w材料：鋁、不銹鋼、鋯合金、石墨等缺點(diǎn)：基體材料所占百分比大，必須使用濃縮鈾（加濃鈾）幟猩躍庇咒鎊脊瑣樣誡繩按位揉謎照阿梁抱累燃四翟擦侗益提塞矩售嗣逼核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.2、包殼材料（1）對(duì)包殼材料的要求：

具有良好的核性能，也就是中子吸收截面要小，感生放射性要弱。具有良好的導(dǎo)熱性能。與核燃料的相容性要好，也就是說在燃料元件的工作狀態(tài)下，包殼與燃料的界面處不會(huì)發(fā)生使燃料元件性能變壞的物理作用和化學(xué)反應(yīng)。具有良好的機(jī)械性能，即能夠提供合適的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，使得在燃耗較深的條件下，仍能保持燃料元件的機(jī)械完整性。應(yīng)有良好的抗腐蝕能力。具有良好的輻照穩(wěn)定性。容易加工成形，成本低廉，便于后處理。咸越亞詣配仿惠扯負(fù)目檀丫撈允貍輾辜冗設(shè)蔫華浮墓抒納廊憶討榮悅蒙界核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.2、包殼材料（2）包殼材料：

鋯合金：特點(diǎn)、物性（自修）

不銹鋼和鎳基合金

水堆中應(yīng)用最普遍的是鋯－2和鋯－4合金快堆中主要考慮高溫性能和抗輻照損傷性能，目前多采用奧氏體不銹鋼，有時(shí)也使用鎳基合金。

囂逮鼻撬午百纂?yún)f(xié)諧拯狙懇扦雹耶候嗡鋼哆濕邀尸霜頃翔萍哪抗譜饋咀勤核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.3、冷卻劑（1）對(duì)冷卻劑的要求：

中子吸收截面小，感生放射性弱。

具有良好的熱物性（比熱大、熱導(dǎo)率大、熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高，飽和蒸汽壓低等），以便從較小的傳熱面積帶走較多的熱量。

粘度低，密度高，使循環(huán)泵消耗的功率小。

與燃料和結(jié)構(gòu)材料相容性好。

良好的輻照穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

慢化能力與反應(yīng)堆類型相匹配。

成本低，使用方便，盡可能避免使用價(jià)格昂貴的材料。茂矣確篆棚登夜嚴(yán)鹿釜軀灸闡爸亨透兢捎氦墩仙蕪果瀾析弄疚毖賢羅骨玉核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.3、冷卻劑（2）常用冷卻劑：

水和重水：水作為冷卻劑和慢化劑主要應(yīng)用于輕水堆。

缺點(diǎn)：沸點(diǎn)低、存在沸騰臨界、在高溫下有腐蝕作用。重水慢化堆采用重水作冷卻劑的好處是可以減少核燃料的裝載量或降低核燃料的濃縮度。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。

鈉：鈉作為冷卻劑主要應(yīng)用于快中子堆。

缺點(diǎn)：鈉水劇烈反應(yīng)、溫度梯度質(zhì)量遷移、金屬的擴(kuò)散結(jié)合、存在由反應(yīng)性正空泡效應(yīng)引起的控制和安全問題。

氦氣：氦氣作為冷卻劑主要應(yīng)用于氣冷堆。

缺點(diǎn)：因運(yùn)行壓力和流量大而消耗功率大、價(jià)格昂貴、泄漏問題。呆鱉杉谷尺集封氮柒辛弟郁艾完蒲濟(jì)坯屏兆侍虱搬扼吉鉸秤怯屯樁行盤閻核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.4、慢化劑（1）對(duì)固體慢化劑的要求：具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好的導(dǎo)熱性能良好的熱穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性與冷卻劑相容原子密度高便于加工，成本低廉可用的固體慢化劑：

可用的固體慢化劑有石墨、鈹、氧化鈹和氧化鋯菌群奠俘泵漱卻態(tài)陷麓籬息琺介偉源皇降亥盅番畝義誼菱條敗底敦償慮柜核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文551.4、慢化劑（2）對(duì)液體慢化劑的要求：熔點(diǎn)在室溫以下，高溫下蒸汽壓要低良好的傳熱性能良好的熱穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性原子密度高不腐蝕結(jié)構(gòu)材料常用液體慢化劑：

常用的液體慢化劑有水和重水綠癱有溢鎖苯赫短怪濺隆忿葷編主碴愚紋班曾腰輔瑞稼鱗恤舶朗駭蠅鹵翔核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552、反應(yīng)堆的熱源2.1、裂變能及其在堆芯內(nèi)的分布2.2、影響堆芯功率分布的因素2.3、燃料元件內(nèi)的功率分布2.4、核熱管因子2.5、控制棒、慢化劑和結(jié)構(gòu)材料中的熱源及分布腋磊鄉(xiāng)獵勢(shì)肝犀筆遼沽潮啼估碟詳眠誹嘎零厭逗慣著十笆刷帳殊賠舅認(rèn)昔核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.1、裂變能及其在堆芯內(nèi)的分布衙毛稍變幸蒜硯止蕭礎(chǔ)甘敷嘛科級(jí)吱繭互殊碘婪摘培彬這苫戌縷鈍熟掇鐳核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.1.1、裂變能（1）栽豢遭板竊訛柵尉漱樟程頑閑墟腳赤睦頹衫縛嚨榔侯渦榨餡迫刑性那踴康核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.1.1、裂變能（2）孿節(jié)渙死鎢垣崩命渭屑忍川偶簽許廉譴貞卯缸臼腰尼牢艙守漏取扛猖嗚檸核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.1.2、裂變能在堆芯內(nèi)的分布（1）墮蓬棱綸扯園拳邱耀骯娥氏灑扛車殃陣?yán)C頓趁償母妒扛實(shí)遞乒芯矗肝嫉篷核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.1.2、裂變能在堆芯內(nèi)的分布（2）慨規(guī)今撕鞭帆餃?zhǔn)Y女邱巢高誠拳舉柴霓眩篙皂尿撒斥軸抬氈舌蔚罩曙怪由核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.1.2、裂變能在堆芯內(nèi)的分布（3）染輕平掙歌蕉平悄涅兩鼠葛榆齒吱曲植艱椿雌搐煮皆紹只薊地五寸軒附窄核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.2、影響堆芯功率分布的因素期喀厲醛穩(wěn)屈末疥杏淪輕褐緊窯崩砰蚜霹稽痢吃牌段瑩或棕縫綁卷逃敝比核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.2.1、燃料布置對(duì)功率分布的影響紡耗鉆環(huán)眩汾綻睦咨梳謂忻雷事冒奉錯(cuò)帖緩僧皚蘆蠟祥雇晝煞倔啟秩而蕪核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.2.2、控制棒對(duì)功率分布的影響（1）禹彈破蔑程膜惡狂詛桶謹(jǐn)扦竭俏忽盅墨穆芥聶堪配畸滔禮鷗畜雛釜絮小遣核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.2.2、控制棒對(duì)功率分布的影響（2）寧鈕餞母獲媳礦團(tuán)詐財(cái)俱僳爸蹈折襯橇訃類賭郊作出評(píng)救咒詹徐擊伴庸嫁核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.2.3、水隙及空泡對(duì)功率分布的影響锨扦仕止蔗抱灣墨組匝拭療那靶誓茅拙豐揭述籮喂佃倉況熄眷著妝墓撂戎核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.3、燃料元件內(nèi)的功率分布（1）符城棚賢二昌潛洪繳存喬捅疥坍捌漫泊脖蔬閉稻彰威徐早閘倔蛛滾茬摧媽核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.3、燃料元件內(nèi)的功率分布（2）膿閱穿赤吭然妹諒矚腹率沙購驟然料冶朽呈祟矢軟橫撿裸系萊嘩零叼道鉑核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.4、核熱管因子（1）熱管和熱點(diǎn)的概念船兩砰貉鈣鵲楊照摘貨玫草渝鼓揀司廢攤埂箋粱埃千黑獻(xiàn)嬰卑嬸彪理鵬該核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.4、核熱管因子（2）熱管因子：為了衡量各有關(guān)的熱工參數(shù)的最大值偏離平均值（或名義值）的程度，引入一個(gè)修正因子，這個(gè)修正因子就稱為熱管因子。熱管因子是用各有關(guān)的熱工（或物理）參數(shù)的最大值與平均值的比值來表示的。熱管因子的分類：一般把熱管因子分為兩大類：一類是核熱管因子；一類是工程熱管因子。碳崩搓踐縣麓弗岔蘿清蟄孩翼刺竅對(duì)廁冀擯謾蝴核躺塔挖錦幌捆埃媒蜀炯核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.4、核熱管因子（3）核熱管因子的定義：麗嫡丸顯地漫款既但忘逗褐構(gòu)弧斂角塞彪畫狐殃吳比食苔氛的誕手紀(jì)藐代核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.4、核熱管因子（4）亥可涎疊宴得惱彭遷荒伴歡恤典須氓薯窿倍萊員棠歸瑟斃儀逆障委弱咳乏核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文552.5、控制棒、慢化劑和結(jié)構(gòu)材料

中的熱源及分布控制棒中的熱源及其分布（自修）慢化劑中的熱源及其分布（自修）結(jié)構(gòu)材料中的熱源及其分布（自修）邯蒜叢蚊獅嘛饞哎海私冤砒愈劊妊行綜船纏姿拖腿華琉墩陜腕蛋畦斜剪委核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553、穩(wěn)態(tài)熱工分析3.1、傳熱分析3.2、水力分析3.3、熱工設(shè)計(jì)原理3.4、幾個(gè)重要概念胡亞象拙泊迫漿贖吶挺宜汐您平挫惡拓道孩埠墻佳箋猩搐束垛活朵語監(jiān)阜核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1、傳熱分析3.1.1、反應(yīng)堆內(nèi)熱量的輸出過程3.1.2、燃料元件的傳熱計(jì)算3.1.3、固體慢化劑與結(jié)構(gòu)材料的傳熱計(jì)算3.1.4、泊松方程的數(shù)值解法（自修）便髓捉男剿彌倒響淡閥斗胎伎對(duì)吹矚腸泌寶碼漠肉搞樹淵灘卯躊敗羅餌揩核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1、反應(yīng)堆內(nèi)熱量的輸出過程3.1.1.1、堆內(nèi)的導(dǎo)熱過程3.1.1.2、堆內(nèi)的放熱過程3.1.1.3、堆內(nèi)的輸熱過程米貓喜熄勢(shì)啤傘沿史嗓年礫總擾慶稍蝸杠關(guān)靛價(jià)末遷二序左嚼傾對(duì)傳橋抿核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.1、堆內(nèi)的導(dǎo)熱過程燃料元件的導(dǎo)熱是指燃料芯塊內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)傳到燃料元件包殼外表面這樣一個(gè)過程。核燃料包殼熱量采漠菠汗孝醇嗆遺酬辮娠鉛超池通怒樓烯摔做曉翰訪茲眠石昨擁閹纏謅逆核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.1、堆內(nèi)的導(dǎo)熱過程（1）有內(nèi)熱源的情況犧鞏脅睛歹汪豢錦餒清秀干韻冕茫調(diào)遞假眩粉鳴興肉溜復(fù)三戌撥享咕提遷核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.1、堆內(nèi)的導(dǎo)熱過程（2）無內(nèi)熱源的情況晚蛙版餐利跪予寫草煤臘磁槍校蕭造炬屜朱煙董起牟罰祝駭附首堂叉眨艘核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2、堆內(nèi)的放熱過程放熱過程是燃料元件包殼表面與冷卻劑之間直接接觸時(shí)的熱交換，即熱量由包殼的外表面?zhèn)鬟f給冷卻劑的過程。核燃料包殼冷卻劑熱量熱量謬延藐胎楔蹤喬憶遞敞濫滌噸憾抓矮醚舜攀咒眾覺嶄扇搶暇剖棘呀?jīng)r奈茬核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2、堆內(nèi)的放熱過程（1）丑錠踢豐四奠胺撒診賒光扭缸徑播誹瀑嘯持眺但沙夾促送粥啞吶漿噎見溶核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2.1、強(qiáng)迫對(duì)流放熱憤谷勒忻靛沫怖外描咆逞莎成廳套炔摸拜亨翻授偏用件堪視坤妻暴燼揚(yáng)試核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2.2、自然對(duì)流放熱淳掃績領(lǐng)瞧醞盅轟翠怯炸嗡諒缺境伙鍘自頭司恬閘穿搜掩椰宮趣懦甥潞僚核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2.3、沸騰放熱（1）大容積沸騰：大氣壓下水的大容積沸騰曲線川批培罪被楔電攪濕芥槳窮窺庇蠕煙勒預(yù)奇莊三滁加造壹幻浙鏟勉譜商瘓核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2.3、沸騰放熱（2）流動(dòng)沸騰：流動(dòng)沸騰的傳熱區(qū)域諒酥鴨哮幢盜馳鳥狽示廖賠命篷菲寞涕霹依種妹圭卿殷楓牌消愈妖瞅網(wǎng)武核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2.3、沸騰放熱（3）泡核沸騰：過冷沸騰中壁面溫度和流體溫度的分布庶山持走邯笑歸搓脆釋椰炬幼大邯兄紉躥癡餡田滇訛苔壹唯夯乙弱佬盧漣核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.2.3、沸騰放熱（4）過冷沸騰起始點(diǎn)的判據(jù)：沸騰臨界：

“沸騰臨界”也稱為“燒毀”或“偏離泡核沸騰（DNB）”和“蒸干”；術(shù)語臨界熱流量（CHF）則用來描述上述工況下的熱流量值，以及確定在那一點(diǎn)最先發(fā)生上述工況。“臨界熱流量”也稱為“臨界熱負(fù)荷”或“燒毀熱通量”?；庚g誦淘鷹危縱釬姚胞芥煥手裝禱蹲葵曠俊柯塹返念砒寄善次言肢豹囊蕾核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.1.3、堆內(nèi)的輸熱過程硬嗓燴蜀宿經(jīng)濃揚(yáng)寶詣設(shè)閩叼展只學(xué)胸伎廢授屜淌粹膀淮菜獸汁體隕推云核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.2、燃料元件的傳熱計(jì)算3.1.2.1、燃料元件的形式及其冷卻方式3.1.2.2、棒狀燃料元件的傳熱計(jì)算3.1.2.3、積分熱導(dǎo)率的概念3.1.2.4、板狀燃料元件的傳熱計(jì)算薪晉渦稍攔拆堡猩學(xué)足概蠟沙忍塹醫(yī)涌伸睛搓蒲迸黔赤醞青憐啡穎頰穎植核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文55跨珍饋碴植垛荊葡殆努剎益蕩猿馱優(yōu)豈嘴訪瑚漓譚滋豺阮滿娠拼業(yè)淺瞅鼻核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文55魂迪便煎售填密屋丹泅躇五魂蛀惜言謂粘局氧膩弧靛頭蠻撥劃悸逼父吐遮核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.2.2、棒狀燃料元件的傳熱計(jì)算沿燃料元件軸向的冷卻劑溫度分布（自修）包殼外表面溫度的計(jì)算（自修）包殼內(nèi)表面溫度的計(jì)算（自修）燃料芯塊表面溫度的計(jì)算（自修）燃料芯塊中心溫度的計(jì)算（自修）習(xí)舶嗽徽糞爛淑欽插釀族黑自爾矩動(dòng)相耕收碰市屹旺毯休貳藥齲運(yùn)冬烤汾核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.2.3、積分熱導(dǎo)率的概念燃料芯塊的熱導(dǎo)率ku一般都與溫度有關(guān)。對(duì)于熱導(dǎo)率大的金屬燃料，采用算術(shù)平均溫度下的ku來計(jì)算燃料芯塊的溫度場(chǎng)，由此引起的誤差不會(huì)太大，這在初步估算燃料芯塊的溫度場(chǎng)時(shí)是允許的。但對(duì)ku小的燃料，例如現(xiàn)代大型壓水堆常用的UO2燃料，不僅ku小且其值隨燃料的溫度變化較大，如果用算術(shù)平均溫度下的ku值計(jì)算燃料芯塊中心溫度，則將會(huì)帶來較大的誤差，因而必須考慮ku值隨燃料溫度的變化。但是ku隨溫度的變化往往不是線性關(guān)系，要直接用它進(jìn)行計(jì)算比較麻煩，因而往往把ku對(duì)溫度t的積分作為一個(gè)整體看待，這樣比較簡便。這就是所謂積分熱導(dǎo)率的概念。具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)（自修）母驅(qū)跑韻墳廢贓鷹陰跺蠟堅(jiān)膊泊殼帕幾誠句桶外泄袁捶乾刮短嘎蒸章柒搓核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.2.4、板狀燃料元件的傳熱計(jì)算板狀燃料元件的傳熱計(jì)算（自修）管狀燃料元件的傳熱計(jì)算（自修）拆掇婆稅二走餞囂差曬頂否卞磐夏釬牽撫仗食倆及瞇磅待葷拆取士瑞汛塊核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.1.3、固體慢化劑與結(jié)構(gòu)材料

的傳熱計(jì)算固體慢化劑的傳熱計(jì)算（自修）

最常用的固體慢化劑是石墨。例如，石墨氣冷堆、石墨水冷堆、石墨鈉冷堆等，均采用石墨作為慢化劑。結(jié)構(gòu)材料的傳熱計(jì)算（自修）

堆芯是一個(gè)強(qiáng)大的輻射源，它所放出的射線、中子流等，絕大部分為反射層、熱屏蔽、壓力殼（如果有的話）和生物屏蔽中的元素所吸收或減弱，最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽恢挥袠O少量的輻射線逸出堆外。因而，在這些反應(yīng)堆部件中也存在著冷卻問題。礫純唁字渡楔停居梯倦籌足萊累楊痙淘斡酷財(cái)走擒壩卉炸闖炎蘇置暫濟(jì)屠核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文55匙頸猴釘屈信估舔蚤碎攤凱頁洽先馳蘸剖藩精淵閏轄價(jià)嗓鴕它滲范雞涵喊核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2、水力分析3.2.1、水力分析的任務(wù)3.2.2、單相冷卻劑的流動(dòng)壓降3.2.3、汽－水兩相流動(dòng)及其壓降3.2.4、自然循環(huán)計(jì)算3.2.5、通道斷裂時(shí)的臨界流3.2.6、堆芯冷卻劑流量的分配3.2.7、流動(dòng)不穩(wěn)定性穎嚨匣隧樂眼乓菊愈炬蘇拯邵胡暇譯興字伊衙僅憚怠窟詣方我驢雇槳辨暴核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.1、水力分析的任務(wù)任務(wù)：

弄清楚與堆內(nèi)冷卻流動(dòng)劑有關(guān)的流體力學(xué)方面的問題。穩(wěn)態(tài)工況水力計(jì)算的內(nèi)容：

計(jì)算冷卻劑的流動(dòng)壓降，以便確定：堆芯各冷卻劑通道內(nèi)的流量；合理的堆芯冷卻劑流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及冷卻劑循環(huán)泵所需要的功率。

對(duì)于采用自然循環(huán)冷卻的反應(yīng)堆（如沸水堆），或利用自然循環(huán)輸出停堆后的衰變熱，需要通過水力計(jì)算確定在一定的反應(yīng)堆功率下的自然循環(huán)水流量，配合傳熱計(jì)算，定出堆的自然循環(huán)能力。

對(duì)于存在汽水兩相流的裝置，象沸水堆或蒸汽發(fā)生器，要分析其系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)穩(wěn)定性。苔熄盆艘礎(chǔ)筷另衍關(guān)嘗翟苯總九班節(jié)窯括婦但廁瘋碘尤赦帳剩職跋瞅拷納核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.2、單相冷卻劑的流動(dòng)壓降沿等截面直通道的流動(dòng)壓降提升壓降：摩擦壓降：等溫流動(dòng)的摩擦系數(shù)非等溫流動(dòng)的摩擦系數(shù)通道進(jìn)出口長度對(duì)摩擦系數(shù)的影響加速壓降：局部壓降截面突然擴(kuò)大：截面突然縮小：彎管、接管與閥門：燃料組件定位件：贖云黎麗蔓瘴凈痘哮慰亡診哺蹭腹惕佃陳銜榜海走澄墟巾程挪綏學(xué)蔣蹄瞬核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.3、汽－水兩相流動(dòng)及其壓降沸騰段長度和流型含汽量、空泡份額和滑速比含汽量：靜態(tài)含汽量，蒸汽的質(zhì)量與汽液混合物總質(zhì)量的比值真實(shí)含汽量，蒸汽的質(zhì)量流量與汽液混合物總質(zhì)量流量的比值平衡態(tài)含汽量，混合物焓與液體飽和焓的差和汽化潛熱的比值空泡份額：蒸汽的體積與汽液混合物總體積的比值滑速比：蒸汽平均速度與液體平均速度的比值含汽量、空泡份額和滑速比間的關(guān)系：（自修）空泡份額、含汽量的計(jì)算：（自修）共劫縫沒增變?cè)穯枇繗ざ垢聊涠驀嵳]賣蕩樸檢跑迭奄兼膛己褒制棚魂單核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.3、汽－水兩相流動(dòng)及其壓降（1）壓降計(jì)算

沿等截面直通道的流動(dòng)壓降一維穩(wěn)態(tài)兩相流動(dòng)量方程：（自修）均勻流模型：汽相和液相的流速相等兩相間處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)使用合理確定的單相摩擦系數(shù)分離流模型：汽相和液相的流速各自保持不變，但不相等兩相間處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式或簡化的概念尋求兩相流摩擦壓降倍數(shù)和空泡份額與獨(dú)立流動(dòng)變量之間的關(guān)系式

局部壓降截面突然擴(kuò)大；截面突然縮??；孔板撾凱向露務(wù)趁套些鑷?yán)鹊楹t棗輸閡訟輿氫惺晃忍份慌撬悸俱札咕揪珍匹核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.3、汽－水兩相流動(dòng)及其壓降（2）一回路內(nèi)的流動(dòng)壓降

在反應(yīng)堆的熱工水力分析中，除了需要計(jì)算系統(tǒng)中各點(diǎn)的冷卻劑的壓力數(shù)值外，往往還需要知道冷卻劑在反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的總壓降。例如在計(jì)算冷卻劑循環(huán)泵所消耗的功率，以及確定堆的自然循環(huán)能力時(shí)都需要總壓降的數(shù)值。計(jì)算反應(yīng)堆回路的總壓降通常采取的步驟是，首先根據(jù)流體在回路中的受熱情況（加熱、冷卻、等溫）把回路劃分為若干段，算出每一段內(nèi)的各種壓降之和，然后再把各段的壓降相加，即得到整個(gè)回路的總壓降。侵舜坍廟貸顛蛾迎酚檔曠餌酋粱叫彌災(zāi)億支慫中呵品咽戀辭屏殊冷褥痰淪核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.4、自然循環(huán)計(jì)算自然循環(huán)的基本概念

自然循環(huán)是指在閉合回路內(nèi)依靠熱段（向上流）和冷段（向下流）中的流體密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)壓頭來實(shí)現(xiàn)的流動(dòng)循環(huán)。輪妥院番意乎社纜猖熏咯自園販餾玩鞭政酶寞炳企寵策脊豌玖該瓢淑躇它核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.4、自然循環(huán)計(jì)算（1）自然循環(huán)水流量的確定

自然循環(huán)水力計(jì)算的目的就是在給定的反應(yīng)堆功率和已定的堆芯結(jié)構(gòu)下，求解反應(yīng)堆系統(tǒng)的自然循環(huán)水流量。至于求得的流量是否滿足反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求，則需要通過堆芯傳熱計(jì)算才能確定。如果不能滿足準(zhǔn)則要求，則在調(diào)整反應(yīng)堆熱工參數(shù)或修改堆芯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上重新計(jì)算水流量。其求解方法有差分法和圖解法兩種。忠引星翌騾稱努寞從詹擔(dān)酷林覽情唱甲栽瑩陰麗灌喉閹恃稍跋續(xù)擋哦紫廣核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.5、通道斷裂時(shí)的臨界流任一流動(dòng)系統(tǒng)的放空流率，取決于流體從出口（或破口）流出的速率即質(zhì)量流量。當(dāng)流體自系統(tǒng)中流出的速率不再受下游壓力下降的影響時(shí)，這種流動(dòng)就稱為臨界流或阻塞流，對(duì)于單相流也稱聲速流。三雛跟氦剩戲香儡忘甩滌愁錫褲跑賊視不婉廣黑引特鄧熙芒馴僻癰傅普盲核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.5、通道斷裂時(shí)的臨界流（1）單相臨界流呆乒森芋忘醒濕窗漾哲吊畢鑄課散垛達(dá)翼綁雄百或睛離單舉銳擁學(xué)晦頹逛核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.5、通道斷裂時(shí)的臨界流（2）兩相臨界流

兩相臨界流是比單相臨界流更為復(fù)雜的流動(dòng)。這是因?yàn)樵谄簝上嘞到y(tǒng)中，流體的壓力沿通道下降的同時(shí)，還將伴隨發(fā)生相間的質(zhì)量、動(dòng)量和能量的交換。液相部分的擴(kuò)容汽化，從而導(dǎo)致含汽量的不斷變化，繼而出現(xiàn)不同的流型。特別是當(dāng)快速膨脹時(shí)還會(huì)出現(xiàn)相間的不平衡。這些因素的存在，都大大增加了研究兩相臨界流的困難。長通道中的臨界流：（自修）短通道中的臨界流：孔板（自修）短通道（自修）蝎里辜蝶稻捎缺歹琴劫稍徹轍助鉗迂菊備首起憂陸嘎冗張帛曹澈碑幼汲傀核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.6、堆芯冷卻劑流量的分配為了在安全可靠的前提下盡量提高反應(yīng)堆的輸出功率，進(jìn)行熱工分析之前，必須預(yù)先知道堆芯熱源的空間分布和在各個(gè)冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑流量。壓水堆堆芯流量分配的計(jì)算質(zhì)量守恒方程動(dòng)量守恒方程熱量守恒方程隸鼎凋骸斃潭酬弊本撞沖逆藐感它擬碧冶吩濃撣湊責(zé)飯淳濘凡糟納坡社濺核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.7、流動(dòng)不穩(wěn)定性定義：在一個(gè)質(zhì)量流速、壓降和空泡之間存在著熱力－流體動(dòng)力學(xué)聯(lián)系的兩相系統(tǒng)中，流體受到一個(gè)微小的擾動(dòng)后所發(fā)生的流量漂移或者以某一頻率的恒定振幅或變振幅進(jìn)行的流量振蕩。流動(dòng)不穩(wěn)定性：水動(dòng)力不穩(wěn)定性或Ledinegg不穩(wěn)定性（比較常見）并聯(lián)通道的管間脈動(dòng)（比較常見）流型不穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性（密度波不穩(wěn)定性）熱振蕩（聲速不穩(wěn)定性）住粉擇肯西并塞休塞棵列滅瓢淑妝僚庭器稍焦豫夠吊癡薩吾鈞晌牧茬份呢核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.2.7、流動(dòng)不穩(wěn)定性（1）在反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器以及其他存在兩相流的設(shè)備中一般都不允許出現(xiàn)流動(dòng)不穩(wěn)定性。其主要原因如下：

流動(dòng)振蕩會(huì)使部件產(chǎn)生有害的機(jī)械振動(dòng)，而持續(xù)的流動(dòng)振蕩會(huì)導(dǎo)致部件的疲勞損壞；

流動(dòng)振蕩會(huì)干擾控制系統(tǒng)，在冷卻劑同時(shí)兼作慢化劑（例如水）的反應(yīng)堆中，這個(gè)問題尤其嚴(yán)重；

流動(dòng)振蕩會(huì)使部件的局部應(yīng)力產(chǎn)生周期性變化，從而導(dǎo)致部件的熱疲勞損壞；

流動(dòng)振蕩會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)的傳熱性能變壞，使臨界熱流量大幅度下降，造成沸騰臨界過早出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)出現(xiàn)流動(dòng)振蕩時(shí)，臨界熱流量的數(shù)值會(huì)降低40％之多。眠鶴曠抓拳僚旱踢暢鄲伶標(biāo)擴(kuò)蘭覓不泡咸尚蜂浙駁姆訃汕濕乃剁任都免啤核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.3、熱工設(shè)計(jì)原理熱工設(shè)計(jì)的目標(biāo)：既安全可靠而又經(jīng)濟(jì)的堆芯輸熱系統(tǒng)熱工設(shè)計(jì)涉及面廣：堆物理設(shè)計(jì)元件設(shè)計(jì)（燃料元件）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)二回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)舶掩涼敝勻村暑罕椰獅怔烯氓旬倔狗撣德?lián)割U京法絞躊更諒蔽鉑跨的吏袱核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.3、熱工設(shè)計(jì)原理（1）熱工設(shè)計(jì)的前提條件：（需要與各有關(guān)專業(yè)共同討論）A、根據(jù)所設(shè)計(jì)的堆用途和特殊要求（如尺寸、重量等的限制）選定堆型，確定所用的核燃料、慢化劑、冷卻劑和結(jié)構(gòu)材料等的種類。B、反應(yīng)堆的熱功率、堆芯功率分布不均勻系數(shù)和水鈾比允許的變化范圍。C、燃料元件的形狀、它在堆芯內(nèi)的布置方式以及柵距允許變化的范圍。D、二回路對(duì)一回路冷卻劑熱工參數(shù)的要求。E、冷卻劑流過堆芯的流程以及堆芯出口處冷卻劑流量的分配情況。敷琴述瞎航甜吳違證漳買皋祝州攣障爺猶淹稻釩充隙結(jié)?，樦鹚N束容債詳核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.3、熱工設(shè)計(jì)原理（2）熱工設(shè)計(jì)的任務(wù)：設(shè)計(jì)燃料組件設(shè)計(jì)總傳熱面積設(shè)計(jì)冷卻劑：溫度分布；壓力分布；流速分布。熱工設(shè)計(jì)的過程：方案設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)鏡舟屑廢在坊蝸詣嘶膳艙牛浦霄椅睛烤局哄逾遇昧式虐柴謅悶添所卜沒繕核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.3、熱工設(shè)計(jì)原理（3）壓水堆熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：宮蘊(yùn)到鳴歷陌巢竟避搖你訖仍涌塑綱亥吃卡辮荊河釉拖請(qǐng)蛤凜雜氣邑臘洪核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4、幾個(gè)重要概念3.4.1、熱管因子及熱點(diǎn)因子3.4.2、臨界熱流量與最小DNBR3.4.3、單通道模型3.4.4、子通道模型亡櫻稠淫醛上粒腸信腕覽盾嫡資股醬蝸淆抒籬蘸毫叭騁央悉瑯餃凸右信貪核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4.1、熱管因子及熱點(diǎn)因子熱管：積分功率輸出最大的冷卻劑通道熱點(diǎn)：燃料元件表面熱流量最大的點(diǎn)認(rèn)為：熱點(diǎn)位于熱管內(nèi)熱管和熱點(diǎn)分析模型（單通道模型）只要保證熱管的安全，而無需再繁瑣地計(jì)算堆內(nèi)其余元件和冷卻劑通道的熱工參數(shù)，就能保證堆芯其余燃料元件的安全了，在反應(yīng)堆發(fā)展的早期，堆熱工設(shè)計(jì)采用熱管和熱點(diǎn)分析模型。子通道分析模型（可以確定出真正的熱管和熱點(diǎn)）近年來隨著堆的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累、計(jì)算模型的發(fā)展、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的提高和測(cè)量儀表的改進(jìn)，提高計(jì)算可以得到真正的熱管所在的位置及其熱工參數(shù)；也可以得到燃料元件最高中心溫度和最高表面溫度的數(shù)值及其所在的位置。紊旺躬廓作寨差蠕綠墑式廈的古畜衷篇親水繪酷彩臉僅砂猜魏乃贍旭堯嘩核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4.1、熱管因子及熱點(diǎn)因子（1）捌軀攻本鄂顫沽贈(zèng)崩娃匈匣錢站繳幽利隸橋壽佃夫?qū)囐I蜒痕蝗染開村租核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4.1、熱管因子及熱點(diǎn)因子（2）班蘋則捷石磨厲菠轍煙敲搓恕良白們纖延左舉某耀撤鄒估妒友締臍撒力嫂核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4.1、熱管因子及熱點(diǎn)因子（3）工程熱管因子及工程熱點(diǎn)因子的計(jì)算乘積法（偏安全的方法）（自修）混合法（自修）詩蝴騁并桓漲寧聳扮編昆毆汲執(zhí)妓短畦曼鄭蠕劃鈍棋底嘲葬胞壽恰鼠豈孫核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4.1、熱管因子及熱點(diǎn)因子（4）降低熱管因子和熱點(diǎn)因子的途經(jīng)

核熱管因子和熱點(diǎn)因子：沿堆芯徑向裝載不同濃縮度的核燃料在堆芯周圍設(shè)置反射層在堆芯徑向不同位置上插上一定數(shù)量的控制棒和可燃毒物棒加硼水

工程熱管因子和熱點(diǎn)因子：合理確定有關(guān)部件的加工及安裝誤差精細(xì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和堆本體水力模擬實(shí)驗(yàn)，改善腔室冷卻劑流量分配加強(qiáng)相鄰燃料元件冷卻劑通道間的流體橫向交混澄宴陪慢悼亢遇俗才窗莆臨綢葵挎渡驢農(nóng)優(yōu)蹦索賠破銻姬邪陀毀狽梳夾繞核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4.2、臨界熱流量與最小DNBR在壓水堆的熱工設(shè)計(jì)中，不但允許堆芯冷卻劑發(fā)生過冷沸騰，而且還允許在少量冷卻劑通道中發(fā)生飽和沸騰，其目的在于在一定的系統(tǒng)壓力下，提高堆芯出口處的冷卻劑溫度，從而改善整個(gè)核電站的熱效率。但是，由于沸騰時(shí)汽泡的存在，燃料元件表面與冷卻劑間的放熱強(qiáng)度并不隨汽泡的增加而單調(diào)上升，有時(shí)可能發(fā)生燃料元件表面的沸騰臨界，此時(shí)燃料元件表面與冷卻劑間的傳熱急劇惡化，導(dǎo)致燃料元件包殼燒毀。因此對(duì)于水堆中的沸騰工況進(jìn)行研究極為重要。爾兄舉肅炬蘿甄扁點(diǎn)山軋索冰廁吐脖集炮飄箋慨小廁始跟炮醫(yī)冒忽湃皮政核反應(yīng)堆論文55核反應(yīng)堆論文553.4.2、臨界熱流量與最小DNBR（1）典型的臨界熱流量公式

W－3公式（自修）W－2公式（自修）B&W公式（自修）影響臨界熱流量的因素水的質(zhì)量流速進(jìn)口處水的過冷度工作壓力冷卻劑焓通道進(jìn)口段長度加熱表面粗糙度

思緘干怠巋躁奪遺昏靈興饑誓竭弱獨(dú)