反應(yīng)堆熱工第二章-2

1、2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1反應(yīng)堆熱工水力學(xué) 王建軍wang-0451825696552021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2反應(yīng)堆內(nèi)熱量的輸出過(guò)程一、堆內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程一、堆內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程有有內(nèi)熱源圓柱型元件內(nèi)熱源圓柱型元件有內(nèi)熱源板狀元件有內(nèi)熱源板狀元件無(wú)無(wú)內(nèi)熱源圓筒壁內(nèi)熱源圓筒壁無(wú)內(nèi)熱源板狀元件無(wú)內(nèi)熱源板狀元件二、堆內(nèi)對(duì)流換熱二、堆內(nèi)對(duì)流換熱強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3二、堆內(nèi)對(duì)流換熱二、堆內(nèi)對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱沸騰換熱沸騰換熱三、堆內(nèi)輸熱過(guò)程三、堆內(nèi)輸熱過(guò)程2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4一、堆內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程（1）1）導(dǎo)熱微分方程的導(dǎo)出（略）導(dǎo)熱微

2、分方程的導(dǎo)出（略）2tktcc20(ktcc泊松方程）20(ktc拉普拉斯方程）2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5一、堆內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程（2）2）具有內(nèi)熱源導(dǎo)熱問(wèn)題（圓柱型燃料棒）具有內(nèi)熱源導(dǎo)熱問(wèn)題（圓柱型燃料棒）20(ktcc泊松方程）兩種求解方法，注意邊界條件20tk22t10ddtdrr drk燃料元件內(nèi)溫度分布204vuqttrk燃料芯塊內(nèi)外表面溫差204vuuuqttrk2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6一、堆內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程（3）燃料芯塊能量守恒關(guān)系燃料芯塊能量守恒關(guān)系vQq dVQqdFlQq dl2vuQqr dl2uQqr dllQq dl22luvuqr qqr燃料元件又如何表

3、示？2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院7一、堆內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程（4）均勻內(nèi)熱源平板形燃料元件均勻內(nèi)熱源平板形燃料元件20tk積分兩次，邊界條件202vuqttxk202vuuuqttkvuqdAqdA對(duì)平板形元件vuqq2022vuuuuuqqttkk2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院8一、堆內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程（5）3）無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題）無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題20(ktc拉普拉斯方程）(cdtkqdx傅里葉定律）對(duì)平板形包殼ucqttxKucsccqttK對(duì)圓筒壁包殼(cdtk FQdr傅里葉定律）ln2uucrQttK Lrln2uucsccsrQttK Lr ln2lcxucscuqdttKd20

4、21-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院9二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（1）牛頓加熱或冷卻公式fQhF沿燃料元件徑向方向( )( )( )( )fQ zh z dF zz( )( )( )csfQ zh zd dzz對(duì)圓柱形燃料元件( )( )( )( ) ( )( )lcsfcsfq zh zdzh ztztz溫差=？對(duì)流換熱系數(shù)？2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（2）1、強(qiáng)迫對(duì)流換熱、強(qiáng)迫對(duì)流換熱影響因素：工質(zhì)性質(zhì)、流動(dòng)性質(zhì)以及管道結(jié)構(gòu)影響因素：工質(zhì)性質(zhì)、流動(dòng)性質(zhì)以及管道結(jié)構(gòu)計(jì)算管內(nèi)對(duì)流放熱系數(shù)的主要方法計(jì)算管內(nèi)對(duì)流放熱系數(shù)的主要方法Dittus-Boelter方法方法Si

5、eder-Tate方法方法2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院11二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（3）D-B公式公式0.80.40.023RePrNu LNuk適用條件1 1、流態(tài)限制、流態(tài)限制2 2、物性限制、物性限制3 3、流體被加熱、流體被加熱4 4、較低溫壓、較低溫壓5 5、無(wú)須考慮入口效應(yīng)、無(wú)須考慮入口效應(yīng)2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院12二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（4）棒束流道內(nèi)對(duì)流換熱（水縱向流過(guò)平行棒束）棒束流道內(nèi)對(duì)流換熱（水縱向流過(guò)平行棒束）0.81/3RePrNuC0.0420.024PCd威斯曼方法其中常數(shù)C與柵格結(jié)構(gòu)有關(guān)0.0260.006PCd正方形柵格：1.1P/d1.3

6、三角形柵格：1.1P/d1.52021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院13二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（5）棒束流道內(nèi)對(duì)流換熱（水縱向流過(guò)平行棒束）棒束流道內(nèi)對(duì)流換熱（水縱向流過(guò)平行棒束）0.81/3RePrNuC0.03330.0127wwfACAA無(wú)限柵格方法2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院14二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（6）2、自然對(duì)流換熱、自然對(duì)流換熱 自然對(duì)流自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部：由于流體內(nèi)部密度梯度密度梯度引起流體的引起流體的流動(dòng)流動(dòng) 自然循環(huán)自然循環(huán)：閉合回路內(nèi)由于流體密度沿空間分：閉合回路內(nèi)由于流體密度沿空間分布形成的驅(qū)動(dòng)壓頭驅(qū)動(dòng)所實(shí)現(xiàn)的流動(dòng)布形成的驅(qū)動(dòng)壓頭驅(qū)動(dòng)所實(shí)現(xiàn)的流動(dòng) 通常情況下

7、，通常情況下，引起自然對(duì)流或形成自然對(duì)流的引起自然對(duì)流或形成自然對(duì)流的原因在于原因在于流體溫度流體溫度沿空間上沿空間上不均勻不均勻2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院15二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（7）影響對(duì)流換熱的特性的因素：影響對(duì)流換熱的特性的因素：(Re,Pr)NufGr21ReGr(Re,Pr)Nuf21ReGr(,Pr)Nuf Gr21ReGr32gtlGr2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院16二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（7）自然對(duì)流放熱系數(shù)計(jì)算方法自然對(duì)流放熱系數(shù)計(jì)算方法基于實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式基于實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式豎壁定熱流-霍爾曼方法34*22xxxgtx hxg qxGrGr

8、 Nukk5*111010 xGr*1/50.60(Pr)xxNuGr13*162 1010 xGr*1/40.17(Pr)xxNuGr2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院17二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（8）豎壁定熱流-米海耶夫方法39,10Pr10 ()x fffGrRa0.250.25,Pr0.60(Pr)()Prfx fxwNuGr10,6 10Prx ffGr1/30.25,Pr0.15(Pr)()Prfx fxwNuGr2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院18二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（9）橫管自然對(duì)流平均放熱系數(shù)橫管自然對(duì)流平均放熱系數(shù)橫管自然對(duì)流-米海耶夫方法8Pr10dfGr0.250

9、.25,Pr0.50(Pr)Prfd fdfwNuGr2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院19二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（9）3、沸騰放熱、沸騰放熱n現(xiàn)代壓水反應(yīng)堆現(xiàn)代壓水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)考慮設(shè)計(jì)考慮p平均通道平均通道p熱通道熱通道n在現(xiàn)代壓水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中允許在現(xiàn)代壓水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中允許堆內(nèi)堆內(nèi)出出現(xiàn)現(xiàn)沸騰工況（飽和、欠熱）沸騰工況（飽和、欠熱）n沸騰工況的出現(xiàn)對(duì)反應(yīng)堆的影響沸騰工況的出現(xiàn)對(duì)反應(yīng)堆的影響2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院20二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（10）沸騰型式沸騰型式流動(dòng)沸騰流動(dòng)沸騰大容積沸騰大容積沸騰沸騰狀態(tài)沸騰狀態(tài)飽和沸騰飽和沸騰過(guò)冷沸騰過(guò)冷沸騰高、低欠熱沸騰高、低欠熱沸騰2021

10、-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院21二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（11）沸騰曲線沸騰曲線特征點(diǎn)：特征點(diǎn)：ONBFDBD（CHF）2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院22二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（12）2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院23二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（13）nAB段段p不沸騰區(qū)（單相區(qū)）不沸騰區(qū)（單相區(qū)）nBC段段p核態(tài)沸騰區(qū)核態(tài)沸騰區(qū)nD點(diǎn)點(diǎn)pDNB點(diǎn)或第一類(lèi)點(diǎn)或第一類(lèi)CHF點(diǎn)點(diǎn)nDE段段p過(guò)渡沸騰區(qū)過(guò)渡沸騰區(qū)nEF段段p膜態(tài)沸騰區(qū)膜態(tài)沸騰區(qū)2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院24二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（14）2、流動(dòng)沸騰、流動(dòng)沸騰2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院25二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)

11、程（15）泡核沸騰傳熱計(jì)算泡核沸騰傳熱計(jì)算詹斯詹斯-羅特斯（羅特斯（Jens-Lottes）關(guān)系式）關(guān)系式湯姆（湯姆（Thom）關(guān)系）關(guān)系卡特萊納卡特萊納-鮑尼拉（鮑尼拉（Castellana-Bonilla）關(guān)系式）關(guān)系式60.256.225(/10 )pcsTTqe0.752.5()tptt)69. 8(5 . 00225. 0psweqTT 2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院26我國(guó)和前蘇聯(lián)水力計(jì)算方法我國(guó)和前蘇聯(lián)水力計(jì)算方法 1.52920.71 7.0 10fhchw rq220.7dxch0.110.80.40.023RePrnbdxd0.1420.74.3450.01375ch

12、ppq2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院27Chen方法方法其中分別采用其中分別采用D-B，F(xiàn)oster-Zuber方法計(jì)算兩項(xiàng)方法計(jì)算兩項(xiàng)換熱系數(shù)換熱系數(shù)tpNCBchhh0.8ReRetpfF 0.99esTST2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院28二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（18）沸騰通道中的沸騰通道中的ONB點(diǎn)（成核條件）點(diǎn)（成核條件）力學(xué)條件力學(xué)條件熱力學(xué)條件熱力學(xué)條件2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院29二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（19）流動(dòng)沸騰發(fā)展流動(dòng)沸騰發(fā)展液體溫度液體溫度壁面溫度壁面溫度流動(dòng)型式流動(dòng)型式空泡份額空泡份額2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院30二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)

13、程（20）沸騰過(guò)程中特征點(diǎn)的確定方法沸騰過(guò)程中特征點(diǎn)的確定方法ONB點(diǎn)FDB點(diǎn)（或NVG點(diǎn)）對(duì)應(yīng)于高欠熱沸騰對(duì)應(yīng)于低欠熱沸騰2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院31二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（21）ONB點(diǎn)確定辦法泡化方程-（Bergles&Rohsenow Correlation）0.02342.82831.15691.798 10()5pONBWSqptt傳熱方程O(píng)NBwfqqh tt,f ONBsJLqtth60.256.225(/10 )pcsTTqe詹斯-羅特斯（Jens-Lottes）關(guān)系式2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院32二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（22）ONB點(diǎn)確定辦法輸熱方程-圓形管道,()hONBinpf ONBf inqP ZZGC A tt,pf ONBf inONBinhGC A ttZZqP或者，,pf ONBf inONBhGC A ttZqP2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院33二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（23）FDB點(diǎn)或者點(diǎn)或者NVG點(diǎn)確定點(diǎn)確定Saha-Zuber方法,()fsatf FDBqDNuktt,()pfsatf FDBqStGCttpffGDCNuPekSt2021-11-17核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院34二、堆內(nèi)的對(duì)流換熱過(guò)程（24） 沸騰臨界是指由于沸騰機(jī)理發(fā)生變化引起放熱系數(shù)的陡降，導(dǎo)致受熱面