反應(yīng)堆熱工第5章

1、第第5 5章章 堆芯穩(wěn)態(tài)熱工分析堆芯穩(wěn)態(tài)熱工分析 王升飛王升飛 20142014年年5 5月月1515日日 思考思考 如何進(jìn)行反應(yīng)堆如何進(jìn)行反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計(jì)熱工設(shè)計(jì)? 1、熱工設(shè)計(jì)的要求、原則。、熱工設(shè)計(jì)的要求、原則。 2、熱工設(shè)計(jì)的步驟（課程設(shè)計(jì)）熱工設(shè)計(jì)的步驟（課程設(shè)計(jì)）。 3、熱工設(shè)計(jì)的模型、熱工設(shè)計(jì)的模型單通道、子通道模型。單通道、子通道模型。 熱工設(shè)計(jì)的目標(biāo)熱工設(shè)計(jì)的目標(biāo): : 設(shè)計(jì)一個(gè)既設(shè)計(jì)一個(gè)既安全可靠安全可靠而又而又經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的堆芯輸熱系統(tǒng)的堆芯輸熱系統(tǒng) 熱工設(shè)計(jì)涉及面廣：熱工設(shè)計(jì)涉及面廣： 堆物理設(shè)計(jì)堆物理設(shè)計(jì) 元件設(shè)計(jì)（燃料元件）元件設(shè)計(jì)（燃料元件） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一回路系統(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)二回路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 熱工設(shè)計(jì)的前提條件熱工設(shè)計(jì)的前提條件: : 根據(jù)所設(shè)計(jì)堆的用途和特殊要求選定堆型，確定所用的核根據(jù)所設(shè)計(jì)堆的用途和特殊要求選定堆型，確定所用的核 燃料、慢化劑、冷卻劑和結(jié)構(gòu)材料的種類；燃料、慢化劑、冷卻劑和結(jié)構(gòu)材料的種類； 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；的變化范圍； 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?nèi)剂显男螤?、它在堆芯?nèi)的布置方式以及柵距允許變 化的范圍；化的范圍； 二回路對(duì)一回路冷卻劑熱工參數(shù)的要求；二

3、回路對(duì)一回路冷卻劑熱工參數(shù)的要求； 冷卻劑流過(guò)堆芯的流程以及堆芯進(jìn)口處冷卻劑流量的分配冷卻劑流過(guò)堆芯的流程以及堆芯進(jìn)口處冷卻劑流量的分配 情況。情況。 從堆熱工設(shè)計(jì)方面來(lái)看，對(duì)燃料元件的形狀的要求從堆熱工設(shè)計(jì)方面來(lái)看，對(duì)燃料元件的形狀的要求 是是：在一定的水鈾比的條件下，在相同的堆芯體積：在一定的水鈾比的條件下，在相同的堆芯體積 內(nèi)應(yīng)能布置更多的燃料元件傳熱面積。內(nèi)應(yīng)能布置更多的燃料元件傳熱面積。 燃料元件柵距的選擇，對(duì)熱工設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上是燃料元件柵距的選擇，對(duì)熱工設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上是 一個(gè)堆芯冷卻劑流速的選擇問(wèn)題。一個(gè)堆芯冷卻劑流速的選擇問(wèn)題。從堆熱工方面來(lái)從堆熱工方面來(lái) 看，希望柵距要小，

4、以便保證冷卻劑有足夠的流速，看，希望柵距要小，以便保證冷卻劑有足夠的流速， 使之能較好地冷卻燃料元件。使之能較好地冷卻燃料元件。 對(duì)燃料元件的要求：對(duì)燃料元件的要求： 當(dāng)采用棒狀燃料元件時(shí)，還存在著燃料元件柵格排列當(dāng)采用棒狀燃料元件時(shí)，還存在著燃料元件柵格排列 方式的選擇問(wèn)題方式的選擇問(wèn)題 。 關(guān)于燃料元件尺寸的選擇，從熱工方面來(lái)看，顯然希關(guān)于燃料元件尺寸的選擇，從熱工方面來(lái)看，顯然希 望尺寸要小，即棒狀元件要細(xì)，板狀元件要薄。望尺寸要小，即棒狀元件要細(xì)，板狀元件要薄。 對(duì)燃料元件的要求：對(duì)燃料元件的要求： 1 2 3 5-1 堆芯熱工設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則 5.1 5.1 熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 在設(shè)

5、計(jì)反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)時(shí)，為了保證反應(yīng)堆運(yùn)行安全可靠，在設(shè)計(jì)反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)時(shí)，為了保證反應(yīng)堆運(yùn)行安全可靠， 針對(duì)不同的堆型，預(yù)先規(guī)定了熱工設(shè)計(jì)必須遵守的要求，針對(duì)不同的堆型，預(yù)先規(guī)定了熱工設(shè)計(jì)必須遵守的要求， 這些要求通常就稱為堆的這些要求通常就稱為堆的熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 目前目前壓水動(dòng)力堆壓水動(dòng)力堆設(shè)計(jì)中所規(guī)定的穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，一般設(shè)計(jì)中所規(guī)定的穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，一般 有下列幾點(diǎn)：有下列幾點(diǎn)： 燃料元件芯塊內(nèi)最高溫度低于其相應(yīng)燃耗下的熔化溫度燃料元件芯塊內(nèi)最高溫度低于其相應(yīng)燃耗下的熔化溫度 （2200-24502200-2450） 燃料元件外表面不允許發(fā)生沸騰臨界。通常用臨界熱流密燃料元

6、件外表面不允許發(fā)生沸騰臨界。通常用臨界熱流密 度比（度比（DNBRDNBR）來(lái)定量地表示這個(gè)限制條件）來(lái)定量地表示這個(gè)限制條件 5.1 5.1 熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 DNBRDNBR的定義是：的定義是： （5 51 1） 在整個(gè)堆芯內(nèi)在整個(gè)堆芯內(nèi)DNBRDNBR的最小值稱為的最小值稱為最小臨界熱流密度比或最最小臨界熱流密度比或最 小偏離核態(tài)沸騰比或最小小偏離核態(tài)沸騰比或最小DNBDNB比比。 必須保證必須保證正常運(yùn)行工況正常運(yùn)行工況下燃料元件和堆內(nèi)構(gòu)件能得到下燃料元件和堆內(nèi)構(gòu)件能得到充分充分 冷卻冷卻；在；在事故工況事故工況下能提供足夠的冷卻劑以下能提供足夠的冷卻劑以排出堆芯余熱排出堆芯余

7、熱。 在穩(wěn)態(tài)工況下和可預(yù)計(jì)的瞬態(tài)運(yùn)行工況中，在穩(wěn)態(tài)工況下和可預(yù)計(jì)的瞬態(tài)運(yùn)行工況中，不發(fā)生流動(dòng)不不發(fā)生流動(dòng)不 穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 DNBR 利用專門公式計(jì)算得到的堆內(nèi)某處的臨界熱流密度 該處的實(shí)際熱流密度 5.1 5.1 熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 高溫氣冷堆的熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：高溫氣冷堆的熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 燃料元件表面最高溫度小于限值；燃料元件表面最高溫度小于限值； 燃料元件中心最高溫度小于限值；燃料元件中心最高溫度小于限值； 燃料元件和結(jié)構(gòu)材料的熱應(yīng)力小于限值。燃料元件和結(jié)構(gòu)材料的熱應(yīng)力小于限值。 安全與可靠性安全與可靠性 安全：影響到運(yùn)行人員和周圍居民生命和健康的較大事故安全：影響到運(yùn)行人員和周圍居民

8、生命和健康的較大事故 可靠性：不影響可靠性：不影響到運(yùn)行人員和周圍居民生命和健康的到運(yùn)行人員和周圍居民生命和健康的較小較小 事故事故 問(wèn)題問(wèn)題? 課堂小結(jié)課堂小結(jié) 5-2 堆芯冷卻劑流量 分配 5.2 5.2 堆芯冷卻劑流量分配堆芯冷卻劑流量分配 目的目的: : 為了在安全可靠的前提下盡量提高反應(yīng)堆的輸出功率，為了在安全可靠的前提下盡量提高反應(yīng)堆的輸出功率， 在進(jìn)行熱工設(shè)計(jì)之前，必須預(yù)先知道在進(jìn)行熱工設(shè)計(jì)之前，必須預(yù)先知道堆芯熱源的空間堆芯熱源的空間 分布分布和在各個(gè)和在各個(gè)冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑流量冷卻劑通道內(nèi)的冷卻劑流量。 之后，才能根據(jù)所選定的堆芯結(jié)構(gòu)、燃料組件的幾何之后，才能根據(jù)所選定的

9、堆芯結(jié)構(gòu)、燃料組件的幾何 尺寸、材料熱物性等，確定整個(gè)堆芯的溫度場(chǎng)，分析尺寸、材料熱物性等，確定整個(gè)堆芯的溫度場(chǎng)，分析 反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性和安全性。反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 5.2 5.2 堆芯冷卻劑流量分配堆芯冷卻劑流量分配 進(jìn)入下腔室的冷卻劑，不可避免地會(huì)形成許多大大小小的進(jìn)入下腔室的冷卻劑，不可避免地會(huì)形成許多大大小小的渦渦 流區(qū)流區(qū)，從而有可能造成各冷卻劑通道進(jìn)口處的，從而有可能造成各冷卻劑通道進(jìn)口處的靜壓力各不相靜壓力各不相 同同 各冷卻劑通道在堆芯或燃料組件中各冷卻劑通道在堆芯或燃料組件中所處的位置不同所處的位置不同，其流通，其流通 截面的幾何形狀和大小也就不可能完全一樣截面的幾何形狀

10、和大小也就不可能完全一樣 燃料元件和燃料組件的制造、安裝的燃料元件和燃料組件的制造、安裝的偏差偏差，會(huì)引起冷卻劑通，會(huì)引起冷卻劑通 道流通截面的幾何形狀和大小偏離設(shè)計(jì)道流通截面的幾何形狀和大小偏離設(shè)計(jì)值值 各冷卻劑通道中的各冷卻劑通道中的釋熱量不同釋熱量不同，引起各通道內(nèi)冷卻劑的溫度、，引起各通道內(nèi)冷卻劑的溫度、 熱物性以及含氣量也各不相同，從而導(dǎo)致各通道中的流動(dòng)阻熱物性以及含氣量也各不相同，從而導(dǎo)致各通道中的流動(dòng)阻 力產(chǎn)生顯著的力產(chǎn)生顯著的差別差別 由于各種原因，進(jìn)入堆芯流量是分配不均勻的，由于各種原因，進(jìn)入堆芯流量是分配不均勻的， 主要原因有主要原因有( (壓水堆壓水堆) )： 5.2 5

11、.2 堆芯冷卻劑流量分配堆芯冷卻劑流量分配 簡(jiǎn)化：簡(jiǎn)化： 壓水堆堆芯的成千上萬(wàn)個(gè)相互平行的冷卻劑通道可以看作壓水堆堆芯的成千上萬(wàn)個(gè)相互平行的冷卻劑通道可以看作 是一組并聯(lián)通道。依照計(jì)算模型的不同，并聯(lián)通道通常被是一組并聯(lián)通道。依照計(jì)算模型的不同，并聯(lián)通道通常被 劃分為劃分為閉式通道閉式通道和和開(kāi)式通道開(kāi)式通道兩類。兩類。 如果相鄰?fù)ǖ赖睦鋮s劑之間不存在質(zhì)量、動(dòng)量和能量的如果相鄰?fù)ǖ赖睦鋮s劑之間不存在質(zhì)量、動(dòng)量和能量的 交換，就稱這些通道為交換，就稱這些通道為閉式通道閉式通道 反之則稱為反之則稱為開(kāi)式通道開(kāi)式通道。 冷卻劑總流量易求，但流量分配很難。冷卻劑總流量易求，但流量分配很難。 堆堆內(nèi)流量

12、分配較難測(cè)得內(nèi)流量分配較難測(cè)得，一般由，一般由經(jīng)驗(yàn)公式等得近似解經(jīng)驗(yàn)公式等得近似解 5.25.2. .1 1 閉式通道間的流量分配閉式通道間的流量分配 閉式通道，只考慮閉式通道，只考慮一維向上或向下流動(dòng)一維向上或向下流動(dòng)。 在確定并聯(lián)通道的冷卻劑流量分配時(shí)，通常需要在確定并聯(lián)通道的冷卻劑流量分配時(shí)，通常需要的的已知已知條條 件件： （1 1）下腔）下腔室室進(jìn)口進(jìn)口的壓力分布，即各冷卻劑通道的的壓力分布，即各冷卻劑通道的進(jìn)口進(jìn)口壓力壓力 （2 2）上腔）上腔室室出口出口的壓力分布，即各冷卻劑通道的的壓力分布，即各冷卻劑通道的出口出口壓力壓力 目前一般假設(shè)目前一般假設(shè)上腔室進(jìn)口面為一等壓面上腔室進(jìn)

13、口面為一等壓面。 1,2,3, , inininn in pppp 1,2,3, , exexexn ex pppp 5.25.2. .1 1 閉式通道間的流量分配閉式通道間的流量分配 在進(jìn)行計(jì)算時(shí)所采用的基本方程式如下在進(jìn)行計(jì)算時(shí)所采用的基本方程式如下： 1 1）質(zhì)量守恒方程）質(zhì)量守恒方程 假設(shè)堆芯是由假設(shè)堆芯是由n n個(gè)并聯(lián)的閉式冷卻劑通道組成的，冷卻劑的個(gè)并聯(lián)的閉式冷卻劑通道組成的，冷卻劑的 總循環(huán)流量為總循環(huán)流量為WW，并聯(lián)通道的各分流量分別為，并聯(lián)通道的各分流量分別為 ， 則可寫出質(zhì)量守恒方程如下：則可寫出質(zhì)量守恒方程如下： （5-25-2） 式中的式中的 稱為稱為旁流系數(shù)旁流系數(shù)，

14、它表示冷卻劑不通過(guò)堆芯而旁流，它表示冷卻劑不通過(guò)堆芯而旁流 的流量占總流量的份額，的流量占總流量的份額，5-6%5-6%左右。左右。 12 , inW WWW 1 (1) n sti i WW s 5.25.2. .1 1 閉式通道間的流量分配閉式通道間的流量分配 2 2）動(dòng)量守恒方程）動(dòng)量守恒方程 用一般函數(shù)形式表示，對(duì)第用一般函數(shù)形式表示，對(duì)第i i個(gè)冷卻劑通道可以寫出個(gè)冷卻劑通道可以寫出 （5-35-3） 顯然對(duì)顯然對(duì)n n個(gè)通道，可列出個(gè)通道，可列出n n個(gè)方程個(gè)方程 , (,) i ini exie iiiiiii ppf L DA Wx 5.25.2. .1 1 閉式通道間的流量分

15、配閉式通道間的流量分配 3 3）能量守恒方程）能量守恒方程 對(duì)于第對(duì)于第i i個(gè)閉式冷卻劑通道的微元長(zhǎng)度個(gè)閉式冷卻劑通道的微元長(zhǎng)度Z Z，其熱平衡方程，其熱平衡方程 可表示為可表示為 （5-45-4） 左邊左邊第一項(xiàng)第一項(xiàng)表示第表示第i i個(gè)通道的位置個(gè)通道的位置z z處微元體中處微元體中冷卻劑的比冷卻劑的比 焓隨時(shí)間的變化值（瞬態(tài)）焓隨時(shí)間的變化值（瞬態(tài)）。 第二項(xiàng)第二項(xiàng)表示在位置表示在位置z z處冷卻劑流經(jīng)處冷卻劑流經(jīng)微元長(zhǎng)度微元長(zhǎng)度Z Z后所帶出的后所帶出的 熱量。熱量。 右邊右邊表示燃料元件棒在第表示燃料元件棒在第i i個(gè)通道軸向高度特定長(zhǎng)度段內(nèi)釋個(gè)通道軸向高度特定長(zhǎng)度段內(nèi)釋 放的熱量

16、。放的熱量。 ( )( ) ( ) iiii l Ah zW h z q z z 5.25.2. .1 1 閉式通道間的流量分配閉式通道間的流量分配 對(duì)于穩(wěn)態(tài)工況對(duì)于穩(wěn)態(tài)工況 左邊第一項(xiàng)為零，于是式（左邊第一項(xiàng)為零，于是式（5-45-4）變成）變成 （5-55-5） 對(duì)于穩(wěn)態(tài)閉式通道，對(duì)于穩(wěn)態(tài)閉式通道，WWi i沿整個(gè)沿整個(gè)z z軸為常數(shù)，由此可把式（軸為常數(shù)，由此可把式（5- 5- 5 5）寫成積分形式：）寫成積分形式： （5-65-6） ( ) ( ) ii l W h z q z z , 0 ( ) L ii exi inl i W hhqz dz 5.25.2. .1 1 閉式通道間的

17、流量分配閉式通道間的流量分配 對(duì)于對(duì)于n n個(gè)冷卻劑通道，要求解的未知量為：個(gè)冷卻劑通道，要求解的未知量為： 各通道的冷卻劑質(zhì)量流量各通道的冷卻劑質(zhì)量流量 ；上腔室出口壓；上腔室出口壓 力力p pex ex ；以及用來(lái)確定各通道內(nèi)冷卻劑熱物性的冷卻劑 ；以及用來(lái)確定各通道內(nèi)冷卻劑熱物性的冷卻劑 的比焓（由焓轉(zhuǎn)換成溫度，然后再確定熱物性），它們的比焓（由焓轉(zhuǎn)換成溫度，然后再確定熱物性），它們 在通道的出口處可表示為在通道的出口處可表示為 。 未知量未知量：2n2n1 1個(gè)。個(gè)。 方程方程：n n個(gè)動(dòng)量守恒個(gè)動(dòng)量守恒方程；方程；n n個(gè)能量守恒個(gè)能量守恒方程；一方程；一個(gè)質(zhì)量個(gè)質(zhì)量 守恒守恒方程，

18、方程，所以共有方程所以共有方程2n2n1 1個(gè)個(gè)。 聯(lián)聯(lián)立立求解求解就就可以可以得到得到2n2n1 1個(gè)未知數(shù)的解。個(gè)未知數(shù)的解。 12 , n W WW 1,2, , exexn ex hhh, .2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配 開(kāi)式通道冷卻劑的有什么開(kāi)式通道冷卻劑的有什么流動(dòng)特點(diǎn)流動(dòng)特點(diǎn)？ 相鄰?fù)ǖ乐g在流動(dòng)過(guò)程中存在著相鄰?fù)ǖ乐g在流動(dòng)過(guò)程中存在著交混交混 橫向的質(zhì)量、動(dòng)量和能量的交換。橫向的質(zhì)量、動(dòng)量和能量的交換。 交混的交混的影響影響: : 質(zhì)量流密度；比焓，燃料元件的溫度；臨界熱流質(zhì)量流密度；比焓，燃料元件的溫度；臨界熱流 密度密度 5.25.2. .

19、2 2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配 相鄰?fù)ǖ老噜復(fù)ǖ罊M向流動(dòng)交混橫向流動(dòng)交混的形成機(jī)理：的形成機(jī)理： 質(zhì)量交換質(zhì)量交換流體粒子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散、強(qiáng)迫對(duì)流、流體粒子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散、強(qiáng)迫對(duì)流、 自然對(duì)流自然對(duì)流 動(dòng)量交換動(dòng)量交換徑向壓力梯度、湍流效應(yīng)徑向壓力梯度、湍流效應(yīng) 凈橫流（凈橫流（轉(zhuǎn)向叉流）轉(zhuǎn)向叉流） 自然湍流交混，脈動(dòng)引起，自然湍流交混，脈動(dòng)引起，無(wú)凈轉(zhuǎn)移無(wú)凈轉(zhuǎn)移 強(qiáng)迫湍流交混強(qiáng)迫湍流交混，機(jī)械裝置引起，定位格架，機(jī)械裝置引起，定位格架 能量交換能量交換流體粒子擴(kuò)散、導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射流體粒子擴(kuò)散、導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射 .2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配

20、 燃料棒組件軸向存在定位格架時(shí)，橫向交混分為：燃料棒組件軸向存在定位格架時(shí)，橫向交混分為： 光光棒區(qū)的交混棒區(qū)的交混 自然自然湍流交湍流交混，不引起凈橫向質(zhì)量流動(dòng)；混，不引起凈橫向質(zhì)量流動(dòng)； 轉(zhuǎn)向叉流，徑向壓力梯度形成的凈橫流（較易計(jì)算）轉(zhuǎn)向叉流，徑向壓力梯度形成的凈橫流（較易計(jì)算） 定位格架處交混定位格架處交混 流動(dòng)流動(dòng)散射散射：無(wú)定向流動(dòng)交混，由：無(wú)定向流動(dòng)交混，由定位架、肋片等機(jī)械定位架、肋片等機(jī)械 部件引起的部件引起的湍動(dòng)，與自然湍流類似湍動(dòng)，與自然湍流類似 流動(dòng)流動(dòng)后掠：繞絲定位件、導(dǎo)向翼等后掠：繞絲定位件、導(dǎo)向翼等引起，存在引起，存在凈橫向凈橫向 質(zhì)量流動(dòng)質(zhì)量流動(dòng)

21、.2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配 1. 1.單相流（光棒）單相流（光棒） 1 1）湍流熱（能量）交混）湍流熱（能量）交混 在相鄰平行通道間，湍流熱交混量為在相鄰平行通道間，湍流熱交混量為 （5-85-8） 其中，其中，WWjk jk為通道軸向單位長(zhǎng)度內(nèi)湍流交換質(zhì)量，為通道軸向單位長(zhǎng)度內(nèi)湍流交換質(zhì)量，kgkg/ /msms （5-95-9） 式中式中 jk jk為湍流交混系數(shù)，與棒束幾何尺寸、定位件類型等為湍流交混系數(shù)，與棒束幾何尺寸、定位件類型等 有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。 jkjkgjk WP G () tbjkjk QWhhz 不同分類下，流量計(jì)算不同分類下，流量計(jì)

22、算 .2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配 2 2）湍流動(dòng)量交混）湍流動(dòng)量交混 單相流體的湍流動(dòng)量交換，距中心單相流體的湍流動(dòng)量交換，距中心r r處的流體所受處的流體所受 的剪應(yīng)力的剪應(yīng)力 r r可表示為可表示為 式中右邊第一項(xiàng)表示由于流體的式中右邊第一項(xiàng)表示由于流體的粘性而產(chǎn)生的摩粘性而產(chǎn)生的摩 擦力擦力；第二項(xiàng)表示由；第二項(xiàng)表示由湍流作用而產(chǎn)生的剪切力湍流作用而產(chǎn)生的剪切力， 其中其中uuuur r為為 m m為湍流動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)為湍流動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù) rr u uu r rm u uu r .2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配 m各向異性，各向

23、異性，湍流湍流動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)的分量形式動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)的分量形式 1 2 mpp C S 1 2 0myy C Y 1 2 0mrr C r 沿棒的徑向分量沿棒的徑向分量 沿周向的分量沿周向的分量 矩形矩形通道，垂直于軸向方向的分量通道，垂直于軸向方向的分量 5.25.2. .2 2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配 2. 2.汽水兩相流汽水兩相流 汽水兩相流的相關(guān)研究還不成熟，只作簡(jiǎn)單介紹。汽水兩相流的相關(guān)研究還不成熟，只作簡(jiǎn)單介紹。 假設(shè)汽假設(shè)汽- -液每一相均具有相同的飽和焓值，液每一相均具有相同的飽和焓值， 湍流質(zhì)量交混，汽湍流質(zhì)量交混，汽- -汽，液汽，液- -液，液，汽汽- -液

24、（質(zhì)量轉(zhuǎn)移）液（質(zhì)量轉(zhuǎn)移） 湍流動(dòng)量交混，湍流動(dòng)量交混，汽汽- -汽，液汽，液- -液，汽液，汽- -液液 湍流能量交混，只須考慮汽湍流能量交混，只須考慮汽- -液之間液之間 目前，只能采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（目前實(shí)驗(yàn)還不充分）。目前，只能采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（目前實(shí)驗(yàn)還不充分）。 開(kāi)式通道計(jì)算與閉式的區(qū)別開(kāi)式通道計(jì)算與閉式的區(qū)別： 不能一次取整根通道計(jì)算，要分為長(zhǎng)度足夠小得步長(zhǎng)不能一次取整根通道計(jì)算，要分為長(zhǎng)度足夠小得步長(zhǎng) 湍流交混、橫流混合對(duì)流體軸向有影響（加速流入通湍流交混、橫流混合對(duì)流體軸向有影響（加速流入通 道，阻滯流出通道）道，阻滯流出通道） 5.25.2. .2 2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)

25、式通道間的流量分配 2. 2.汽水兩相流汽水兩相流 BowringBowring建議，橫流引起受主通道建議，橫流引起受主通道i i產(chǎn)生的附加加速壓降產(chǎn)生的附加加速壓降 可以表示為可以表示為 , , , , , (1)(1) (1) (1)(1) 2 () j inj inj outj out j j inj inj outj out ji i crossl i jj inj inj outj out gj inj out GxGx x p A xGxGx 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 .2 開(kāi)式通道間的流量分配開(kāi)式通道間的流量分配 橫流對(duì)橫流對(duì)i i通道產(chǎn)生的阻滯壓降為通道產(chǎn)生的阻滯壓降為

26、 在并聯(lián)開(kāi)式通道的計(jì)算中，應(yīng)該增加一個(gè)質(zhì)量平衡方在并聯(lián)開(kāi)式通道的計(jì)算中，應(yīng)該增加一個(gè)質(zhì)量平衡方 程和一個(gè)橫向動(dòng)量方程。程和一個(gè)橫向動(dòng)量方程。 湍流交混對(duì)流體軸向動(dòng)量的影響很小，可以忽略湍流交混對(duì)流體軸向動(dòng)量的影響很小，可以忽略。 ,2 2 jiji j crossi i crossji iji G FzG p Az , 1 i n i i j i W z 2 ijijij ppK u 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 .3 堆芯進(jìn)口流量的分布堆芯進(jìn)口流量的分布 在下部腔室中流體的流動(dòng)路線或旋渦可以影響堆在下部腔室中流體的流動(dòng)路線或旋渦可以影響堆 芯入口處的流量分配。芯入口處的流量分配。 進(jìn)入任

27、何一個(gè)位于旋渦上方的燃料組件內(nèi)的流量進(jìn)入任何一個(gè)位于旋渦上方的燃料組件內(nèi)的流量 都減少了（都減少了（漩渦中心處負(fù)壓漩渦中心處負(fù)壓）。）。 展平進(jìn)口流量最有效的方法：展平進(jìn)口流量最有效的方法： 增加堆芯底部的流動(dòng)阻力增加堆芯底部的流動(dòng)阻力 .3 堆芯進(jìn)口流量的分布堆芯進(jìn)口流量的分布 曾經(jīng)采用過(guò)很多種根據(jù)勢(shì)流曾經(jīng)采用過(guò)很多種根據(jù)勢(shì)流 理論得出的分析方法來(lái)計(jì)算下腔理論得出的分析方法來(lái)計(jì)算下腔 室的室的速度分布速度分布 分區(qū)計(jì)算（分區(qū)計(jì)算（下降下降段、下腔室和下段、下腔室和下 降段底部上方圓柱形區(qū)）降段底部上方圓柱形區(qū)） 下降下降段的外緣延伸到離堆芯下段的外緣延伸到離堆芯下 部較遠(yuǎn)的位

28、置是有利的。雖然部較遠(yuǎn)的位置是有利的。雖然 在下降段邊上在下降段邊上的流量的流量分配明顯分配明顯 得不均勻，但當(dāng)流體向上運(yùn)動(dòng)，得不均勻，但當(dāng)流體向上運(yùn)動(dòng)， 分配就變得比較均勻了分配就變得比較均勻了。 比例試驗(yàn)比例試驗(yàn) 問(wèn)題問(wèn)題? 課堂小結(jié)課堂小結(jié) 5-3 熱管因子和熱點(diǎn) 因子 5.3 5.3 熱管因子和熱點(diǎn)因子熱管因子和熱點(diǎn)因子 熱工設(shè)計(jì)目標(biāo)：安全，經(jīng)濟(jì)熱工設(shè)計(jì)目標(biāo)：安全，經(jīng)濟(jì) 如何才能保證絕對(duì)安全？如何才能保證絕對(duì)安全？ 例如：我們的銀行卡該如何保護(hù)？例如：我們的銀行卡該如何保護(hù)？ 要考慮銀行卡本身不能損壞（消磁、折斷等）要考慮銀行卡本身不能損壞（消磁、折斷等） 防止丟失：鎖起來(lái)等防止丟失：

29、鎖起來(lái)等 存在絕對(duì)安全么？存在絕對(duì)安全么？ 安全安全VSVS付出的代價(jià)付出的代價(jià) 最優(yōu)值最優(yōu)值 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 反應(yīng)堆安全反應(yīng)堆安全：要求燃料、材料小于熔點(diǎn)，則如果最熱點(diǎn)要求燃料、材料小于熔點(diǎn)，則如果最熱點(diǎn) 滿足要求，其它位置也滿足。滿足要求，其它位置也滿足。 最熱點(diǎn)位置影響因素有哪些最熱點(diǎn)位置影響因素有哪些? ? 熱源：燃料元件熱源：燃料元件形狀、尺寸，密度，富集度，中子通量，形狀、尺寸，密度，富集度，中子通量， 控制棒、反射層控制棒、反射層等等等等 散熱：冷卻劑性質(zhì)，流量分配，加工、安裝等過(guò)程中的散熱：冷卻劑性質(zhì)，流量分配，加工、安裝等

30、過(guò)程中的 偏差等等偏差等等 熱管、熱點(diǎn)如何定義？熱管、熱點(diǎn)如何定義？ 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 熱管或熱通道熱管或熱通道： 積分功率輸出最大的冷卻劑通道積分功率輸出最大的冷卻劑通道 熱點(diǎn)：熱點(diǎn)： 某一燃料元件表面熱流密度最大的某一燃料元件表面熱流密度最大的點(diǎn)點(diǎn) 熱管和熱點(diǎn)對(duì)確定堆芯功率的輸出量起著熱管和熱點(diǎn)對(duì)確定堆芯功率的輸出量起著決定性的決定性的 作用作用 熱點(diǎn)一定位于熱管么？熱點(diǎn)一定位于熱管么？ 如何計(jì)算？如何計(jì)算？ 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 早期：保守設(shè)計(jì)早期：保守設(shè)計(jì) 假設(shè)假設(shè)：裂變物質(zhì)富集度相同，

31、形狀尺寸相同，各通道：裂變物質(zhì)富集度相同，形狀尺寸相同，各通道 流體溫度及流量相同流體溫度及流量相同 積分積分功率輸出最大的燃料元件冷卻劑通道必然是熱功率輸出最大的燃料元件冷卻劑通道必然是熱 管管；常保守地把中子通量局部峰值集中到熱管中常保守地把中子通量局部峰值集中到熱管中 熱點(diǎn)熱點(diǎn)在熱管在熱管內(nèi)內(nèi) 因此，因此，熱工準(zhǔn)則：熱工準(zhǔn)則： 熱管出口處冷卻劑溫度小于飽和溫度熱管出口處冷卻劑溫度小于飽和溫度； 燃料元件燃料元件最高中心溫度和最高表面溫度分別小于限最高中心溫度和最高表面溫度分別小于限 定值。定值。 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 由第由第3 3章知識(shí)，

32、燃料元件章知識(shí)，燃料元件最高中心溫度最高中心溫度 0,max, 2 (0)(0)(0)(0) 2 /2 1 (0)(0)(0)(0) f f infcgu f fcgu t tt t 0,max, (0)(0)(0)(0) 2 f f infcgu t tt 近似為近似為 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 燃料元件表面最高溫度燃料元件表面最高溫度 ,max, (0), 2 (0)(0)/ f csf inf flcs t tt qd h 由上面兩式可知，如果燃料元件的物性、形狀參數(shù)已定，由上面兩式可知，如果燃料元件的物性、形狀參數(shù)已定， 熱點(diǎn)只與熱點(diǎn)只與最大

33、熱流密度有關(guān)最大熱流密度有關(guān) 最大熱流密度點(diǎn)最大熱流密度點(diǎn)限制功率輸出的熱點(diǎn)限制功率輸出的熱點(diǎn) 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 熱管因子：最大值和平均值之間的偏離程度（不均勻程度）熱管因子：最大值和平均值之間的偏離程度（不均勻程度） 分類：核熱管因子、工程熱管因子分類：核熱管因子、工程熱管因子 熱流密度核熱點(diǎn)（管）因子熱流密度核熱點(diǎn)（管）因子 max NNN qRZ q FF F q 堆芯最大熱流密度 堆芯平均熱流密度 (5-26)(5-26) NNNNNN qRZLU FF F F F F 實(shí)際中還需要考慮控制棒、方位角、水隙等影響實(shí)際中還需要考慮控制棒

34、、方位角、水隙等影響 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 焓升核熱管因子焓升核熱管因子：熱管和平均管中冷卻劑焓升的比值熱管和平均管中冷卻劑焓升的比值 max N H h F h 熱管最大焓升 堆芯平均管焓升 均勻裝載，熱管和平均管內(nèi)冷卻劑流量相等均勻裝載，熱管和平均管內(nèi)冷卻劑流量相等 00 R x x ( )( ) ( ) N H LL NN lRR N N R l F q Fz dzFz dz FL L F q LLL 熱管平均線功率 堆芯高度/冷卻劑流量 平均管平均線功率 堆芯高度/冷卻

35、劑流量 軸向歸一化 功率分布 5.3.1 5.3.1 核核熱管熱管因子因子和核熱點(diǎn)和核熱點(diǎn)因子因子 只考慮由核的原因引起，用名義參數(shù)表示只考慮由核的原因引起，用名義參數(shù)表示 max NNN qRZ q FF F q 堆芯最大熱流密度 堆芯平均熱流密度 max N H h F h 熱管最大焓升 堆芯平均管焓升 ,maxnN q q F q 堆芯名義最大熱流密度 堆芯平均熱流密度 ,maxnN H h F h 熱管最大焓升 堆芯平均管焓升 5.3.2 5.3.2 工程工程熱管熱管因子因子和工程熱點(diǎn)和工程熱點(diǎn)因子因子 由于由于工程工程上不可避免的誤差，堆芯內(nèi)燃料元件的熱流密上不可避免的誤差，堆芯內(nèi)燃

36、料元件的熱流密 度、冷卻劑流量、冷卻劑焓升以及燃料元件的溫度等都度、冷卻劑流量、冷卻劑焓升以及燃料元件的溫度等都 會(huì)偏離名義值。會(huì)偏離名義值。 熱流密度工程熱點(diǎn)因子熱流密度工程熱點(diǎn)因子 和和焓升工程熱管因子焓升工程熱管因子 的概念的概念 （5-345-34） （5-355-35） ,max,max ,max,max hnE q nn qqq F qq 堆芯熱點(diǎn)最大熱流密度 堆芯名義最大熱流密度 ,max ,max hE H n h F h 堆芯熱管最大焓升 堆芯名義最大焓升 5.3.2 5.3.2 工程工程熱管熱管因子因子和工程熱點(diǎn)和工程熱點(diǎn)因子因子 ,maxh q q F qq n, m a

37、xh, m axNE qq n, m ax qq F F = q ,maxh H hhh F hhh n, m axh, m axNE HH n, m ax F F= 熱管熱管堆芯內(nèi)具有最大焓升的冷卻劑通道堆芯內(nèi)具有最大焓升的冷卻劑通道 熱點(diǎn)熱點(diǎn)燃料元件上限制堆芯功率輸出的局部點(diǎn)燃料元件上限制堆芯功率輸出的局部點(diǎn) （5-36） 核核+ +工程：熱管因子和熱點(diǎn)因子工程：熱管因子和熱點(diǎn)因子 （5-37） 5.3.2 5.3.2 工程工程熱管熱管因子因子和工程熱點(diǎn)和工程熱點(diǎn)因子因子 單通道模型和子通道模型下的焓升單通道模型和子通道模型下的焓升計(jì)算式計(jì)算式 0 ,max ( ) L NE RH h q

38、F Fz dz h W 0 , ( , , ) ( , , ) ( , , ) ( , , )( , , ) z E E lH lq csf in pcs q x y z Fdz q x y z F tx y zt W x y z cd h x y z 熱管的位置取決于積分功率和冷卻劑流量（后者影響較?。峁艿奈恢萌Q于積分功率和冷卻劑流量（后者影響較?。?子子通道模型下燃料元件棒外表面的溫度通道模型下燃料元件棒外表面的溫度計(jì)算式計(jì)算式 5.3.3 5.3.3 降低降低熱管熱管因子因子和熱點(diǎn)因子途徑和熱點(diǎn)因子途徑 從從核和工程兩方面核和工程兩方面著手：著手： 核方面（目的核方面（目的熱源均勻分

39、布）熱源均勻分布） 沿堆芯徑向裝載不同富集度的核燃料；沿堆芯徑向裝載不同富集度的核燃料； 在堆芯周圍設(shè)置反射層；在堆芯周圍設(shè)置反射層； 在堆芯徑向不同位置布置一定數(shù)量的控制棒和可燃在堆芯徑向不同位置布置一定數(shù)量的控制棒和可燃 毒物棒；毒物棒； 設(shè)置長(zhǎng)短控制棒設(shè)置長(zhǎng)短控制棒 如何降低熱管因子和熱點(diǎn)因子？如何降低熱管因子和熱點(diǎn)因子？ 5.3.3 5.3.3 降低降低熱管熱管因子因子和熱點(diǎn)因子途徑和熱點(diǎn)因子途徑 工程方面工程方面 合理地控制有關(guān)部件的加工及安裝誤差；合理地控制有關(guān)部件的加工及安裝誤差； 兼顧工程熱管因子和工程熱點(diǎn)因子數(shù)值地減少和加兼顧工程熱管因子和工程熱點(diǎn)因子數(shù)值地減少和加 工費(fèi)用的

40、增加；工費(fèi)用的增加； 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水力模擬實(shí)驗(yàn)，改善入口的流量合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水力模擬實(shí)驗(yàn)，改善入口的流量 分配；分配； 加強(qiáng)橫向流動(dòng)交混加強(qiáng)橫向流動(dòng)交混 保守模型保守模型 VS VS 最佳估算模型最佳估算模型 5.3.4 5.3.4 熱管熱管因子因子和熱點(diǎn)因子應(yīng)用（略）和熱點(diǎn)因子應(yīng)用（略） 工程熱管因子和熱點(diǎn)因子的計(jì)算方法：工程熱管因子和熱點(diǎn)因子的計(jì)算方法： 乘積法乘積法 混和法混和法 乘積法乘積法： 指把所有指把所有最不利的工程偏差都同時(shí)集中作用最不利的工程偏差都同時(shí)集中作用在熱管或在熱管或 熱點(diǎn)上（熱點(diǎn)上（經(jīng)濟(jì)性低經(jīng)濟(jì)性低） 混和法混和法： 指把工程誤差分為指把工程誤差分為非隨機(jī)誤差

41、和隨機(jī)誤差非隨機(jī)誤差和隨機(jī)誤差兩大類，先兩大類，先 分別計(jì)算各類誤差，最后再把它們綜合起來(lái)。分別計(jì)算各類誤差，最后再把它們綜合起來(lái)。 5.3.4 5.3.4 熱管熱管因子因子和熱點(diǎn)因子應(yīng)用和熱點(diǎn)因子應(yīng)用 1. 1.熱流密度工程熱點(diǎn)因子熱流密度工程熱點(diǎn)因子 燃料元件芯塊的直徑燃料元件芯塊的直徑 燃料元件芯塊的密度燃料元件芯塊的密度 裂變物質(zhì)的濃縮度裂變物質(zhì)的濃縮度 包殼外徑包殼外徑 ,max,max ,max,max,max,max 11 3() E qhnE q nnnn qqq q F qqqq 5.3.4 5.3.4 熱管熱管因子因子和熱點(diǎn)因子應(yīng)用和熱點(diǎn)因子應(yīng)用 2. 2.焓升工程熱管因子

42、焓升工程熱管因子 1 1）由燃料芯塊直徑、密度及裂變物質(zhì)富集度的加工誤差所引起）由燃料芯塊直徑、密度及裂變物質(zhì)富集度的加工誤差所引起 的焓升工程熱管因子的焓升工程熱管因子 2 2）由燃料元件冷卻劑通道尺寸誤差引起的焓升工程熱管分因子）由燃料元件冷卻劑通道尺寸誤差引起的焓升工程熱管分因子 3 3）堆芯下腔室冷卻劑流量分配不均勻的焓升工程熱管分因子）堆芯下腔室冷卻劑流量分配不均勻的焓升工程熱管分因子 ,1 ,1 ,max 1 3() E HE H n F H 1 22 2() 12 2 , , 2 ,212 22 () ,min,2,min 2 , ,max, ,max,min, ,max (4)

43、/() 4 (4)/() 4 b b b ncsn csncsnE bem Hb hh b cshcshhcsh eh Pd PddAD W F W Pdd Pd AD ,max,min,3 ,3 ,min,3 ,max / / nhE H h n QW W F QWW 5.3.4 5.3.4 熱管熱管因子因子和熱點(diǎn)因子應(yīng)用和熱點(diǎn)因子應(yīng)用 4 4）考慮熱管內(nèi)冷卻劑流量再分配時(shí)的焓升工程熱管分因子）考慮熱管內(nèi)冷卻劑流量再分配時(shí)的焓升工程熱管分因子 5 5）考慮相鄰?fù)ǖ览鋮s劑間相互交混的焓升工程熱管分因子考慮相鄰?fù)ǖ览鋮s劑間相互交混的焓升工程熱管分因子 最后綜合各分因子求得的總焓升工程熱管因子最后

44、綜合各分因子求得的總焓升工程熱管因子 以上以上的關(guān)系式是從穩(wěn)態(tài)工況下的實(shí)驗(yàn)總結(jié)得來(lái)的。的關(guān)系式是從穩(wěn)態(tài)工況下的實(shí)驗(yàn)總結(jié)得來(lái)的。 試驗(yàn)表明：穩(wěn)態(tài)時(shí)的臨界熱流密度小于瞬態(tài)時(shí)的數(shù)值。試驗(yàn)表明：穩(wěn)態(tài)時(shí)的臨界熱流密度小于瞬態(tài)時(shí)的數(shù)值。 ,max,4,max,min,4,min,3 ,4 ,max,3,max,min,3,min,4 / / hnhhE H nnhh hQWW F hQWW ,max,5 ,5 ,max hE H n h F h ,1,2,3,4,5 EEEEEE HHHHHH FFFFFF 問(wèn)題問(wèn)題? 課堂小結(jié)課堂小結(jié) 5-4 典型的臨界熱流 密度關(guān)系式 5.4 5.4 典型的臨界熱流密

45、度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 臨界熱流密度目前尚未提出一個(gè)完善理論計(jì)算公式，臨界熱流密度目前尚未提出一個(gè)完善理論計(jì)算公式， 只能應(yīng)用由實(shí)驗(yàn)整理出的經(jīng)驗(yàn)公式只能應(yīng)用由實(shí)驗(yàn)整理出的經(jīng)驗(yàn)公式 根據(jù)根據(jù)冷卻劑的工況，熱管內(nèi)自堆芯進(jìn)口至出口，有冷卻劑的工況，熱管內(nèi)自堆芯進(jìn)口至出口，有 過(guò)冷段、過(guò)冷沸騰段和低含汽量的飽和沸騰段。在過(guò)冷段、過(guò)冷沸騰段和低含汽量的飽和沸騰段。在 堆熱工設(shè)計(jì)時(shí)，希望能堆熱工設(shè)計(jì)時(shí)，希望能有一個(gè)從液體的過(guò)冷狀態(tài)到有一個(gè)從液體的過(guò)冷狀態(tài)到 產(chǎn)生蒸汽，即含汽量由負(fù)值連續(xù)變化到正值這樣一產(chǎn)生蒸汽，即含汽量由負(fù)值連續(xù)變化到正值這樣一 個(gè)寬的范圍內(nèi)都適用個(gè)寬的范圍內(nèi)都適用的臨界熱流的臨

46、界熱流密度密度q qDNB DNB 計(jì)算 計(jì)算公式。公式。 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 1 1、W-3W-3公式公式由簡(jiǎn)到繁，加以修正由簡(jiǎn)到繁，加以修正 軸軸向均勻向均勻加熱的加熱的WW3 3公式公式： 6887 , 6 6 , 3.154 10 (2.022 6.238 10) (0.1722 1.43 10) exp(18.177 5.987 10) 0.2049 (0.1484 1.5960.1729)1.037(1.157 0.869 )0.2664 0.8357exp( 124 ) 10 0.8258 0.341 10 ( DNBeue eeee

47、e fsf in qppp x G xx xxD hh 2 )( /)W m 公式公式適用范圍適用范圍： 6 62 (6.895 15.86) 10; ; (4.9 24.5) 0 10/(); 0.00508 0 .15 .0178 ; 0.15 e e pPa Gkgmh Dm x , 930/; f in hkJ kg 0.254 3.668 ;Lm 加熱長(zhǎng)度加熱長(zhǎng)度 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 1 1）軸向熱流密度是非均勻分布的修正）軸向熱流密度是非均勻分布的修正 軸向非均勻軸向非均勻加熱時(shí)的加熱時(shí)的WW3 3公式為公式為 其中其中F Fs s如下

48、計(jì)算：如下計(jì)算： （5-925-92） 其中其中C C值為：值為： （5-935-93） , / DNB NDNB eus qqF , , 0 , ( )exp() ()1 exp() DNB N z DNB N s DNB NDNB eu Cq zC zZ dz F q zCz 4.31 60.478 (1) 12.64 (/10 ) DNB x C G 上游對(duì)下游記憶效應(yīng)上游對(duì)下游記憶效應(yīng) 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 式中式中 (1) e u h D R D 3 3）定位架的修正）定位架的修正 考慮到定位架的存在，需要引入修正考慮到定位架的存在，需要引

49、入修正因子因子F Fg g。 20.35 6 1.00.6144 10 ()() 100.019 TD g GG F 2 2）冷壁效應(yīng)的修正）冷壁效應(yīng)的修正 考慮到冷壁效應(yīng)，在考慮到冷壁效應(yīng)，在WW3 3公式中需要引入冷壁修正因公式中需要引入冷壁修正因 子子F Fc c。可由下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到，即?？捎上旅娴慕?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到，即 0.05350.140.107 63 113.76 1.372exp(1.78)5.15()0.01796()12.6 1010 cueh Gp FRxD 注意：為了安全，上述理論計(jì)算值需乘以修正系數(shù)才接近注意：為了安全，上述理論計(jì)算值需乘以修正系數(shù)才接近 實(shí)測(cè)值

50、。實(shí)測(cè)值。 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 W-3W-3公式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值偏差，公式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值偏差，95%95%以上的數(shù)據(jù)在以上的數(shù)據(jù)在23%23% 造成誤差的原因：造成誤差的原因： 流體的湍流特性及表面粗糙度的隨機(jī)特性，流體的湍流特性及表面粗糙度的隨機(jī)特性，3%3% 實(shí)驗(yàn)段的制造公差，實(shí)驗(yàn)段的制造公差， 5%5% 由于由于q qDNB DNB的某些修正因子計(jì)算公式不完善性引起的誤差， 的某些修正因子計(jì)算公式不完善性引起的誤差， 5%5% 隨機(jī)和非隨機(jī)的測(cè)量?jī)x表以及由各種不同實(shí)驗(yàn)回路的隨機(jī)和非隨機(jī)的測(cè)量?jī)x表以及由各種不同實(shí)驗(yàn)回路的 系統(tǒng)特性而產(chǎn)生的誤差，系

51、統(tǒng)特性而產(chǎn)生的誤差， 10%10% 誤差誤差合計(jì)合計(jì)23%23%。W-3W-3公示計(jì)算值與由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的下限值公示計(jì)算值與由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的下限值 之比為之比為1/(1-0.231/(1-0.23）=1.3=1.3 5.3 5.3 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 2 2、W-2W-2公式公式 0 e x 時(shí)如下：時(shí)如下： , , 6 0.3080.0048 ( )2216.51()0.825 2.3exp( 670) exp() 0.41exp() 1.120.548 419010 fsf ings BOff ine

52、efs hh Gz hh zhD D W-2W-2公式的使用范圍：公式的使用范圍： 工作壓力工作壓力 p p5.4885.48818.914MPa18.914MPa； 流體質(zhì)量流流體質(zhì)量流密度密度 當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑 通道長(zhǎng)度通道長(zhǎng)度 L L0.2280.2281.93m1.93m 出口含氣量出口含氣量 進(jìn)口比焓進(jìn)口比焓 飽和飽和水比焓；水比焓； 局部熱流密度局部熱流密度 62 (2 12.5) 10/();Gkgm h 0.00254 0.0137 ; e Dm 0 0.9; ex x , 930/ f in hkJ kg 62 (0.315 5.670) 10/qWm 5.4 5.4 典型的

53、臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 3 3、B&WB&W公式公式 它是美國(guó)它是美國(guó)Babcock&WilcoxBabcock&Wilcox公司發(fā)表的計(jì)算臨界熱流密度的公公司發(fā)表的計(jì)算臨界熱流密度的公 式，其適用的范圍與現(xiàn)在的壓水動(dòng)力堆參數(shù)相近，公式為式，其適用的范圍與現(xiàn)在的壓水動(dòng)力堆參數(shù)相近，公式為 3 3 6860.83 0.685(145.05 /10 2) , 0.712 0.2073(145.05 /10 2) 6 3.154 10(1.155 16.02 ) 0.37 10 (0.1218 10)0.01346 / 12.71(0.6297 /10) p DNBeueDNB

54、fg p qDGGxh G , , DNB eu DNB N s q q F , 0 , 1.025( )exp() 1 exp() DNB l DNB DNB eu s DNB NlocalDNB Cq zC lz dz q F qqDl 7.820.457 6 0.20618 0.249(1)/() 10 DNB G Cx 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 4 4、WRB-1WRB-1公式影響臨界熱流密度的因素公式影響臨界熱流密度的因素 ,134 66 3.154()() 1010 DNB eue GG qPFABBx 相比相比W-3W-3更符合棒束試驗(yàn)數(shù)據(jù)

55、更符合棒束試驗(yàn)數(shù)據(jù) 說(shuō)明：說(shuō)明： 以上的關(guān)系式是從以上的關(guān)系式是從穩(wěn)態(tài)工況穩(wěn)態(tài)工況下的下的實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)總結(jié)得來(lái)的。得來(lái)的。 試驗(yàn)表明試驗(yàn)表明：穩(wěn)態(tài)時(shí)的臨界熱流密度：穩(wěn)態(tài)時(shí)的臨界熱流密度小于小于瞬態(tài)時(shí)的數(shù)瞬態(tài)時(shí)的數(shù) 值。值。 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 影響臨界熱流密度的因素影響臨界熱流密度的因素 1 1、質(zhì)量流速、質(zhì)量流速的影響的影響 對(duì)過(guò)冷沸騰和低含汽量的飽和沸騰，當(dāng)水的質(zhì)量流速增加時(shí)，對(duì)過(guò)冷沸騰和低含汽量的飽和沸騰，當(dāng)水的質(zhì)量流速增加時(shí)， 流體的擾動(dòng)增加，汽泡容易脫離加熱面，從而使流體的擾動(dòng)增加，汽泡容易脫離加熱面，從而使q qDNB DNB數(shù)值增 數(shù)

56、值增 加。但流速增加一定數(shù)值后，再繼續(xù)增加流速對(duì)提高加。但流速增加一定數(shù)值后，再繼續(xù)增加流速對(duì)提高q qDNB DNB的 的 貢獻(xiàn)就小了貢獻(xiàn)就小了。 2 2、進(jìn)口、進(jìn)口處水的過(guò)冷度的影響處水的過(guò)冷度的影響 進(jìn)口處水的過(guò)冷度越大，則加熱面上形成穩(wěn)定的汽膜所需的進(jìn)口處水的過(guò)冷度越大，則加熱面上形成穩(wěn)定的汽膜所需的 熱量越多，即熱量越多，即q qDNB DNB越高。但當(dāng)過(guò)冷度增大到某一數(shù)值時(shí)，熱 越高。但當(dāng)過(guò)冷度增大到某一數(shù)值時(shí)，熱 管中的冷卻劑就會(huì)發(fā)生汽水兩相流動(dòng)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致熱管管中的冷卻劑就會(huì)發(fā)生汽水兩相流動(dòng)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致熱管 內(nèi)冷卻劑流量減少，從而使內(nèi)冷卻劑流量減少，從而使q qDNB

57、DNB下降。同樣，過(guò)冷度小到某 下降。同樣，過(guò)冷度小到某 個(gè)數(shù)值，也會(huì)使汽水兩相流動(dòng)出現(xiàn)不穩(wěn)定性個(gè)數(shù)值，也會(huì)使汽水兩相流動(dòng)出現(xiàn)不穩(wěn)定性。 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 影響臨界熱流密度的因素影響臨界熱流密度的因素 3 3、工作壓力的影響、工作壓力的影響 壓力的影響比較復(fù)雜，隨著壓力的升高，液體的表面張力減壓力的影響比較復(fù)雜，隨著壓力的升高，液體的表面張力減 小，汽化核心數(shù)增多，但與此同時(shí)，汽水密度差減小，汽泡小，汽化核心數(shù)增多，但與此同時(shí)，汽水密度差減小，汽泡 不易脫離加熱面，延長(zhǎng)了受熱長(zhǎng)大過(guò)程，從而使汽泡脫離加不易脫離加熱面，延長(zhǎng)了受熱長(zhǎng)大過(guò)程，從而使汽泡

58、脫離加 熱面時(shí)直徑擴(kuò)展較大。熱面時(shí)直徑擴(kuò)展較大。 池式沸騰中，開(kāi)始時(shí)池式沸騰中，開(kāi)始時(shí)q qDNB DNB隨壓力的增加而增大，當(dāng)壓力增至 隨壓力的增加而增大，當(dāng)壓力增至 6.86MPa6.86MPa左右時(shí)，左右時(shí)，q qDNB DNB達(dá)到最大值；此后壓力繼續(xù)增加， 達(dá)到最大值；此后壓力繼續(xù)增加，q qDNB DNB 減小。減小。 4 4、冷卻劑焓的影響、冷卻劑焓的影響 沸騰臨界發(fā)生處的冷卻劑焓值的沸騰臨界發(fā)生處的冷卻劑焓值的大?。ㄆ畠上嘟M成），大小（汽水兩相組成），主主 要反映在含汽量的大小上，冷卻劑焓值越高，含汽量要反映在含汽量的大小上，冷卻劑焓值越高，含汽量x xe e值也越值也越 大，

59、從而臨界熱流量大，從而臨界熱流量q qDNB DNB也越小。 也越小。 5.4 5.4 典型的臨界熱流密度關(guān)系式典型的臨界熱流密度關(guān)系式 影響臨界熱流密度的因素影響臨界熱流密度的因素 5 5、水力當(dāng)量直徑、水力當(dāng)量直徑 以以單相湍流換熱為例，直徑減小，換熱系數(shù)增加。單相湍流換熱為例，直徑減小，換熱系數(shù)增加。 6 6、通道、通道進(jìn)口段長(zhǎng)度的進(jìn)口段長(zhǎng)度的影響影響 通道通道進(jìn)口進(jìn)口長(zhǎng)度長(zhǎng)度L L與與通道直經(jīng)通道直經(jīng)D D的比值表示。一般說(shuō)來(lái)的比值表示。一般說(shuō)來(lái)，L/DL/D比比 值越小，受進(jìn)口局部擾動(dòng)的影響越大，因而值越小，受進(jìn)口局部擾動(dòng)的影響越大，因而q qDNB DNB值增加 值增加。 7 7、

60、加熱表面粗糙度的影響、加熱表面粗糙度的影響 加熱表面粗糙度的影響，只是對(duì)新堆才比較明顯。表面粗糙加熱表面粗糙度的影響，只是對(duì)新堆才比較明顯。表面粗糙 度一方面可以增加汽化核心的數(shù)目，另一方面又可增強(qiáng)流體度一方面可以增加汽化核心的數(shù)目，另一方面又可增強(qiáng)流體 的湍流擾動(dòng)，在過(guò)冷沸騰和低含汽量飽和沸騰的情況下，這的湍流擾動(dòng)，在過(guò)冷沸騰和低含汽量飽和沸騰的情況下，這 會(huì)使會(huì)使q qDNB DNB增加。 增加。 q qDNB DNB值受到好多因素的綜合影響，要想分別確定所有這些 值受到好多因素的綜合影響，要想分別確定所有這些參量參量 的的影響是很困難的。這個(gè)問(wèn)題還有待今后進(jìn)一步研究。影響是很困難的。這個(gè)