核反應(yīng)堆熱工基礎(chǔ)第二章

1、核反應(yīng)堆熱工基礎(chǔ)核反應(yīng)堆熱工基礎(chǔ)教師：劉曉輝成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院1. 反應(yīng)堆熱工在核工程領(lǐng)域的地位反應(yīng)堆熱工在核工程領(lǐng)域的地位l 反應(yīng)堆熱工學(xué)反應(yīng)堆熱工學(xué)是研究如何將反應(yīng)堆內(nèi)核燃料釋熱安是研究如何將反應(yīng)堆內(nèi)核燃料釋熱安全地輸出堆外的學(xué)科。全地輸出堆外的學(xué)科。l 反應(yīng)堆熱工水力學(xué)反應(yīng)堆熱工水力學(xué)是研究在反應(yīng)堆及其回路系統(tǒng)中是研究在反應(yīng)堆及其回路系統(tǒng)中冷卻劑的流動特性和熱量傳輸特性、燃料元件傳熱冷卻劑的流動特性和熱量傳輸特性、燃料元件傳熱特性的學(xué)科。特性的學(xué)科。l 研究對象：燃料元件傳熱特性、冷卻劑流動特性、研究對象：燃料元件傳熱特性、冷卻劑流動特性、熱量傳輸特性熱量傳輸特性l 應(yīng)用

2、領(lǐng)域：反應(yīng)堆設(shè)計、反應(yīng)堆運行應(yīng)用領(lǐng)域：反應(yīng)堆設(shè)計、反應(yīng)堆運行第二章第二章 熱工學(xué)基礎(chǔ)知識熱工學(xué)基礎(chǔ)知識第第1節(jié)節(jié) 核反應(yīng)堆熱工概述核反應(yīng)堆熱工概述2. 反應(yīng)堆熱工設(shè)計的特點（與常規(guī)熱工相比）反應(yīng)堆熱工設(shè)計的特點（與常規(guī)熱工相比）l要考慮放射性對冷卻劑、固體材料的導(dǎo)熱、結(jié)要考慮放射性對冷卻劑、固體材料的導(dǎo)熱、結(jié)構(gòu)性能的影響。構(gòu)性能的影響。l材料設(shè)計要考慮中子吸收、慢化性能和輻照效材料設(shè)計要考慮中子吸收、慢化性能和輻照效應(yīng)。應(yīng)。l反應(yīng)堆功率密度很高，某一構(gòu)件內(nèi)部溫差大、反應(yīng)堆功率密度很高，某一構(gòu)件內(nèi)部溫差大、熱應(yīng)力大，燃料元件的表面熱負(fù)荷很大，要考熱應(yīng)力大，燃料元件的表面熱負(fù)荷很大，要考慮臨界熱負(fù)

3、荷的安全裕度。慮臨界熱負(fù)荷的安全裕度。3. 反應(yīng)堆熱工設(shè)計的作用反應(yīng)堆熱工設(shè)計的作用l熱工設(shè)計在整個反應(yīng)堆設(shè)計過程中，常常起主熱工設(shè)計在整個反應(yīng)堆設(shè)計過程中，常常起主導(dǎo)作用和橋梁作用。導(dǎo)作用和橋梁作用。l必須設(shè)計出一個良好的堆芯輸熱系統(tǒng)。燃料元必須設(shè)計出一個良好的堆芯輸熱系統(tǒng)。燃料元件的釋熱率最終要受到冷卻條件和材料性能的件的釋熱率最終要受到冷卻條件和材料性能的限制。限制。 l一個完善的堆型方案能否實現(xiàn)，反應(yīng)堆的安全一個完善的堆型方案能否實現(xiàn)，反應(yīng)堆的安全性、經(jīng)濟性究竟如何協(xié)調(diào)，也都要在反應(yīng)堆熱性、經(jīng)濟性究竟如何協(xié)調(diào)，也都要在反應(yīng)堆熱工設(shè)計中體現(xiàn)出來。工設(shè)計中體現(xiàn)出來。 l熱工設(shè)計要對控制系統(tǒng)

4、、安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計熱工設(shè)計要對控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計提出要求，要為安全保護(hù)系統(tǒng)提供安全整定值提出要求，要為安全保護(hù)系統(tǒng)提供安全整定值等等。等等。 4. 反應(yīng)堆熱工水力分析反應(yīng)堆熱工水力分析（1）反應(yīng)堆熱工水力分析的任務(wù)）反應(yīng)堆熱工水力分析的任務(wù)l保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)在正常運行期間能把燃保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)在正常運行期間能把燃料元件內(nèi)產(chǎn)生的裂變能傳送到核電廠的熱力系料元件內(nèi)產(chǎn)生的裂變能傳送到核電廠的熱力系統(tǒng)，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換；統(tǒng)，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換；l在停堆以后也能把衰變熱傳送出來，在停堆以后也能把衰變熱傳送出來， 保證反保證反應(yīng)堆安全；應(yīng)堆安全；l在事故工況下，緩解事故的后果；在事故工況下，緩解

5、事故的后果；l對核物理設(shè)計、機械設(shè)計、測量儀表和控制系對核物理設(shè)計、機械設(shè)計、測量儀表和控制系統(tǒng)等的設(shè)計提出相關(guān)設(shè)計要求。統(tǒng)等的設(shè)計提出相關(guān)設(shè)計要求。（2）反應(yīng)堆熱工水力分析的內(nèi)容）反應(yīng)堆熱工水力分析的內(nèi)容l 對堆芯及整個熱傳輸系統(tǒng)進(jìn)行的熱工計算分析對堆芯及整個熱傳輸系統(tǒng)進(jìn)行的熱工計算分析選選擇電站總體參數(shù)擇電站總體參數(shù)l 穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)分析對額定功率下反應(yīng)堆穩(wěn)定運行的分析對額定功率下反應(yīng)堆穩(wěn)定運行的分析可以在初步設(shè)計階段對各種方案進(jìn)行比較，協(xié)調(diào)各可以在初步設(shè)計階段對各種方案進(jìn)行比較，協(xié)調(diào)各種矛盾，并且確定反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)種矛盾，并且確定反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)l 瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析研

6、究啟動、功率調(diào)節(jié)、停堆和各種事故研究啟動、功率調(diào)節(jié)、停堆和各種事故工況下的瞬態(tài)過程工況下的瞬態(tài)過程可以確定反應(yīng)堆在各種事故工可以確定反應(yīng)堆在各種事故工況下的安全性，提出所需要的各種安全保護(hù)系統(tǒng)和工況下的安全性，提出所需要的各種安全保護(hù)系統(tǒng)和工程安全設(shè)施及其動作的整定值和動作時間，制定合理程安全設(shè)施及其動作的整定值和動作時間，制定合理的運行規(guī)程，并對反應(yīng)堆的穩(wěn)態(tài)設(shè)計提出修正方案的運行規(guī)程，并對反應(yīng)堆的穩(wěn)態(tài)設(shè)計提出修正方案（3）反應(yīng)堆熱工水力分析的過程）反應(yīng)堆熱工水力分析的過程l現(xiàn)象分析現(xiàn)象分析l模化分析?；治鰈定量分析定量分析l實驗驗證實驗驗證l程序評價程序評價1. 研究對象研究對象熱能和機械

7、能之間的轉(zhuǎn)換有什么共同規(guī)律？熱能和機械能之間的轉(zhuǎn)換有什么共同規(guī)律？如何實現(xiàn)熱能和機械能之間的轉(zhuǎn)換？如何實現(xiàn)熱能和機械能之間的轉(zhuǎn)換？如何提高熱機的熱效率？如何提高熱機的熱效率？2. 熱工基礎(chǔ)內(nèi)容熱工基礎(chǔ)內(nèi)容熱力學(xué)熱力學(xué)熱能間接利用所涉及的熱能和機械能之熱能間接利用所涉及的熱能和機械能之間的轉(zhuǎn)換。間的轉(zhuǎn)換。熱力學(xué)第一、第二定律熱力學(xué)第一、第二定律傳熱學(xué)傳熱學(xué)熱能直接利用中涉及的研究熱量傳遞規(guī)熱能直接利用中涉及的研究熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科。律的學(xué)科。3種傳熱方式及其基本規(guī)律種傳熱方式及其基本規(guī)律第第2節(jié)節(jié) 熱工基礎(chǔ)的研究對象、內(nèi)容和方法熱工基礎(chǔ)的研究對象、內(nèi)容和方法3. 研究方法研究方法熱力學(xué)熱力學(xué)宏觀

8、、唯象的研究方法宏觀、唯象的研究方法 可引用微觀的氣體分子論和統(tǒng)計熱可引用微觀的氣體分子論和統(tǒng)計熱 力學(xué)力學(xué)傳熱學(xué)傳熱學(xué) 解析法解析法建立物理模型、數(shù)學(xué)模型建立物理模型、數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)分?jǐn)?shù)學(xué)分 析求解析求解 數(shù)值計算法數(shù)值計算法計算機近似求解（非線性方程）計算機近似求解（非線性方程） 試驗研究法試驗研究法實驗測定實驗測定建立實驗方程建立實驗方程分析求分析求 解解1. 熱力系、熱力狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)熱力系、熱力狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)（1）熱力系統(tǒng)：熱力現(xiàn)象中一定范圍的研究對象）熱力系統(tǒng)：熱力現(xiàn)象中一定范圍的研究對象 工質(zhì)：實現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。工質(zhì)：實現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。 熱力狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一

9、瞬間所呈現(xiàn)的宏觀熱力狀態(tài)：熱力系統(tǒng)在某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀 物理狀況。物理狀況。（2）基本狀態(tài)參數(shù)）基本狀態(tài)參數(shù)可直接或容易用儀器測定可直接或容易用儀器測定 比體積（比體積（v） 單位：單位：m3/kg 壓力（壓力（p） 單位：單位：Pa 溫度（溫度（T） 單位：單位：K ， 第第3節(jié)節(jié) 熱力學(xué)基礎(chǔ)知識熱力學(xué)基礎(chǔ)知識（3）其它狀態(tài)參數(shù)）其它狀態(tài)參數(shù) 熱力學(xué)能（內(nèi)能）（熱力學(xué)能（內(nèi)能）（U） 單位：單位：J 工質(zhì)微觀粒子所具有的能量。在分子尺度上它包括分子運動工質(zhì)微觀粒子所具有的能量。在分子尺度上它包括分子運動所具有的內(nèi)動能和分子間由于相互作用力所具有的內(nèi)位能。所具有的內(nèi)動能和分子間由于相互作用力

10、所具有的內(nèi)位能。U=U（T,V） 焓（焓（H） H=U+pV 單位：單位：J 開口系中，焓是流入（或流出）系統(tǒng)的工質(zhì)所攜帶的取決開口系中，焓是流入（或流出）系統(tǒng)的工質(zhì)所攜帶的取決于熱力學(xué)狀態(tài)的總能量。于熱力學(xué)狀態(tài)的總能量。 閉口系中，焓是復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)。閉口系中，焓是復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)。 熵（熵（S） 單位：單位：J/K 表示任何一種能量在空間中分布的混亂（均勻）程度，能表示任何一種能量在空間中分布的混亂（均勻）程度，能量分布得越混亂（均勻），熵就越大。量分布得越混亂（均勻），熵就越大。2. 水的物性水的物性水的物性水的物性熱力學(xué)性質(zhì)：溫度、壓力、比體積、熱力學(xué)性質(zhì)：溫度、壓力、比體積、比熱容、比

11、焓、比熵比熱容、比焓、比熵輸運性質(zhì)：熱導(dǎo)率、動力粘度、運動輸運性質(zhì)：熱導(dǎo)率、動力粘度、運動粘度、表面張力等粘度、表面張力等例題例題1 求求15.5 MPa時，飽和水的溫度和時，飽和水的溫度和熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率。3. 熱力過程熱力過程（1）熱力過程熱力過程：熱力系從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)變化：熱力系從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)變化時所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和。時所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和。（2）可逆過程可逆過程：如果系統(tǒng)完成某一熱力工程后，再沿：如果系統(tǒng)完成某一熱力工程后，再沿原來路徑逆向進(jìn)行時，能使系統(tǒng)和外界都返回原原來路徑逆向進(jìn)行時，能使系統(tǒng)和外界都返回原來狀態(tài)而不留下任何變化，這一過程稱為可逆過來狀態(tài)而不留下

12、任何變化，這一過程稱為可逆過程；否則，稱為不可逆過程。程；否則，稱為不可逆過程。（3）系統(tǒng)對外做功時取正值，外界對系統(tǒng)做功時取負(fù)）系統(tǒng)對外做功時取正值，外界對系統(tǒng)做功時取負(fù)值；系統(tǒng)吸熱時熱量取正值，放熱時取負(fù)值。值；系統(tǒng)吸熱時熱量取正值，放熱時取負(fù)值。4. 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律（1）定律表述：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔唬┒杀硎觯簾峥梢赞D(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊?；一定量的熱消失時，必然伴隨產(chǎn)生相應(yīng)量的功；一定量的熱消失時，必然伴隨產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定的功時，必然出現(xiàn)與之對應(yīng)量的熱。消耗一定的功時，必然出現(xiàn)與之對應(yīng)量的熱。熱能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，機械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑹崮芸梢赞D(zhuǎn)

13、變?yōu)闄C械能，機械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鼈兊膫鬟f和轉(zhuǎn)換過程中，總量保持不變。它們的傳遞和轉(zhuǎn)換過程中，總量保持不變。（2）熱力學(xué)第一定律表達(dá)式）熱力學(xué)第一定律表達(dá)式（3）閉口系能量方程）閉口系能量方程（4）穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量方程）穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量方程5. 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律（1）定律表述）定律表述 克勞修斯克勞修斯不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。體而不引起其它變化。 開爾文開爾文不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Σ豢赡軓膯我粺嵩慈崾怪耆優(yōu)楣Χ灰鹌渌兓?。而不引起其它變化?綜合綜合熱力過程具有方向性，一個非自發(fā)過程的熱力過程具

14、有方向性，一個非自發(fā)過程的進(jìn)行必須付出某種代價作為補償。進(jìn)行必須付出某種代價作為補償。（2）熵增原理）熵增原理 孤立系的熵只能增加，不能減少，極限的情況（可孤立系的熵只能增加，不能減少，極限的情況（可逆過程）可保持不變。逆過程）可保持不變。（3）能量的品質(zhì)）能量的品質(zhì) 電能、機械能品質(zhì)較高；電能、機械能品質(zhì)較高； 熱能品質(zhì)較低；熱能品質(zhì)較低； 熱能的溫度愈高其品質(zhì)愈高。熱能的溫度愈高其品質(zhì)愈高。（4）能量貶值原理）能量貶值原理 在孤立系統(tǒng)的能量傳遞與轉(zhuǎn)化過程中，能量的數(shù)量在孤立系統(tǒng)的能量傳遞與轉(zhuǎn)化過程中，能量的數(shù)量保持不變，但能量的品質(zhì)卻只能下降，不能升高，保持不變，但能量的品質(zhì)卻只能下降，不

15、能升高，極限條件下可保持不變。極限條件下可保持不變。例題例題2. 設(shè)兩恒溫物體設(shè)兩恒溫物體A和和B，溫度分別為，溫度分別為1500K和和500K，試分析以下情況是否可行？試分析以下情況是否可行？（1）B向向A傳熱傳熱1000kJ；（2） A向向B傳熱傳熱1000kJ。6. 熱力循環(huán)熱力循環(huán)（1）理想循環(huán)：理想循環(huán)：指忽略工作循環(huán)中的所有不可逆因素指忽略工作循環(huán)中的所有不可逆因素后仍能近似地反映該類循環(huán)的基本特征的理想可后仍能近似地反映該類循環(huán)的基本特征的理想可逆循環(huán)。逆循環(huán)。 熱效率熱效率 對于理想循環(huán)對于理想循環(huán)式中，式中，Q1為自高溫?zé)嵩传@得的熱量；為自高溫?zé)嵩传@得的熱量；Q2為向低溫?zé)嵩?/p>

16、放出的熱為向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃俊Ａ?。?）卡諾循環(huán)）卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)是由兩個定溫過程及兩個絕熱過程組成卡諾循環(huán)是由兩個定溫過程及兩個絕熱過程組成的理想循環(huán)。工質(zhì)在同溫度的的理想循環(huán)。工質(zhì)在同溫度的T1下，自高溫?zé)崮辔胂拢愿邷責(zé)崮辔霟崃繜崃縌1，在可逆絕熱膨脹過程中，工質(zhì)溫度自，在可逆絕熱膨脹過程中，工質(zhì)溫度自T1降低降低到到T2。然后，工質(zhì)在溫度。然后，工質(zhì)在溫度T2下向同溫度的低溫?zé)嵩捶畔孪蛲瑴囟鹊牡蜏責(zé)嵩捶懦鰺崃砍鰺崃縌2。最后，經(jīng)可逆的絕熱壓縮過程，工質(zhì)溫度。最后，經(jīng)可逆的絕熱壓縮過程，工質(zhì)溫度由由T2 升高到升高到T1，完成一個可逆循環(huán)。，完成一個可逆循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)的熱效率公式

17、：卡諾循環(huán)的熱效率公式：121CtTTT 卡諾循環(huán)是由兩個(準(zhǔn)靜態(tài))等溫過程和兩個(準(zhǔn)靜態(tài))絕熱過程組成需要兩個熱源，高溫?zé)嵩?T1 和低溫?zé)嵩?T2 。不計摩擦、熱損失及漏氣，視為理想過程。 A B 等溫膨脹 B C 絕熱膨脹 C D 等溫壓縮 D A 絕熱壓縮Vop2TW1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT abQcdQ從卡諾循環(huán)的分析可以得到從卡諾循環(huán)的分析可以得到3條重要結(jié)論：條重要結(jié)論：卡諾循環(huán)確定了實際熱力循環(huán)的熱效率可以接近的極卡諾循環(huán)確定了實際熱力循環(huán)的熱效率可以接近的極限數(shù)值，從而可以度量實際熱力循環(huán)的熱力學(xué)完善程限數(shù)值，從而可以度量實際熱力循環(huán)的熱力學(xué)完善程

18、度。度。卡諾循環(huán)對如何提高熱力循環(huán)的熱效率指出了方向：卡諾循環(huán)對如何提高熱力循環(huán)的熱效率指出了方向：盡可能提高工質(zhì)吸熱時的溫度以及使工質(zhì)膨脹至盡可盡可能提高工質(zhì)吸熱時的溫度以及使工質(zhì)膨脹至盡可能低的溫度，在接近自然環(huán)境溫度下對外放熱。能低的溫度，在接近自然環(huán)境溫度下對外放熱。對于任意復(fù)雜循環(huán)，提出了廣義對于任意復(fù)雜循環(huán)，提出了廣義(等價等價)卡諾循環(huán)的概卡諾循環(huán)的概念，即以平均吸熱溫度念，即以平均吸熱溫度T1及平均放熱溫度及平均放熱溫度T2來代替來代替T1及及T2的概念，兩者具有相同的熱效率。的概念，兩者具有相同的熱效率。（3）朗肯循環(huán)）朗肯循環(huán)迄今為止，在工程上還沒有造成完全按卡諾循環(huán)工作迄

19、今為止，在工程上還沒有造成完全按卡諾循環(huán)工作的熱力發(fā)動機。的熱力發(fā)動機。用飽和蒸汽作為工質(zhì)時，原理上是可能實現(xiàn)卡諾循環(huán)用飽和蒸汽作為工質(zhì)時，原理上是可能實現(xiàn)卡諾循環(huán)的。核電廠大多數(shù)使用飽和蒸汽，但仍不采用卡諾循的。核電廠大多數(shù)使用飽和蒸汽，但仍不采用卡諾循環(huán)。主要原因之一是在絕熱膨脹末期，蒸汽濕度很高，環(huán)。主要原因之一是在絕熱膨脹末期，蒸汽濕度很高，使汽輪極不能安全運行，同時不可逆損失增大。其次使汽輪極不能安全運行，同時不可逆損失增大。其次是在低溫放熱終了時，蒸汽是在低溫放熱終了時，蒸汽水混合物的比體積很大，水混合物的比體積很大，濕蒸汽壓縮會給泵的設(shè)計與制造帶來難以克服的困難。濕蒸汽壓縮會給泵

20、的設(shè)計與制造帶來難以克服的困難。鑒于上述原因，采用飽和蒸汽的蒸汽動力裝置不能實鑒于上述原因，采用飽和蒸汽的蒸汽動力裝置不能實現(xiàn)卡諾循環(huán)。現(xiàn)卡諾循環(huán)。實際蒸汽動力裝置的熱功實際蒸汽動力裝置的熱功轉(zhuǎn)換過程，是在朗肯循環(huán)加轉(zhuǎn)換過程，是在朗肯循環(huán)加以改進(jìn)的基礎(chǔ)上完成的。理以改進(jìn)的基礎(chǔ)上完成的。理想朗肯循環(huán)是研究各種復(fù)雜想朗肯循環(huán)是研究各種復(fù)雜的蒸汽動力裝置的基本循環(huán)。的蒸汽動力裝置的基本循環(huán)。飽和蒸汽的朗肯循環(huán)與卡飽和蒸汽的朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)的主要不同之處在于諾循環(huán)的主要不同之處在于排放的蒸汽是完全凝結(jié)成水。排放的蒸汽是完全凝結(jié)成水。水的升壓要比汽水混合物容水的升壓要比汽水混合物容易得多，因而簡化了設(shè)

21、備。易得多，因而簡化了設(shè)備。朗肯循環(huán)的熱效率低于理朗肯循環(huán)的熱效率低于理論上卡諾循環(huán)的熱效率。論上卡諾循環(huán)的熱效率。朗肯循環(huán)過程：朗肯循環(huán)過程：12：蒸汽絕熱膨脹，對外做：蒸汽絕熱膨脹，對外做功功WT ；23：蒸汽在冷凝器冷卻，放：蒸汽在冷凝器冷卻，放出熱量出熱量Q2；34：蒸汽冷凝成的水在水泵：蒸汽冷凝成的水在水泵中被壓縮升壓，泵消耗中被壓縮升壓，泵消耗外界提供的功外界提供的功WP ；41：水在蒸汽發(fā)生器中被加：水在蒸汽發(fā)生器中被加熱，變成蒸汽，吸收熱熱，變成蒸汽，吸收熱量量Q1。朗肯循環(huán)的熱效率公式：朗肯循環(huán)的熱效率公式：蒸汽發(fā)蒸汽發(fā)生器生器1PTtQWW L對核電廠，若汽輪機對外輸出的電

22、功率為對核電廠，若汽輪機對外輸出的電功率為Pe，冷卻劑循環(huán)泵（給水泵和主泵）消耗的冷卻劑循環(huán)泵（給水泵和主泵）消耗的 電功率為電功率為Pp，堆芯發(fā)熱工率為堆芯發(fā)熱工率為 Pt，一回路冷卻劑質(zhì)量流量為，一回路冷卻劑質(zhì)量流量為qm（t/s），堆芯出口冷卻劑比焓為），堆芯出口冷卻劑比焓為hout，堆芯入口冷卻，堆芯入口冷卻劑平均比焓為劑平均比焓為hin，則按照朗肯循環(huán)原理，該核電廠，則按照朗肯循環(huán)原理，該核電廠的熱效率為的熱效率為)h(hqPPPPPinoutmpetpetL例題例題3某壓水堆核電廠穩(wěn)定運行時，額定發(fā)電功率為某壓水堆核電廠穩(wěn)定運行時，額定發(fā)電功率為900MW，冷卻劑循環(huán)泵總電功率為，

23、冷卻劑循環(huán)泵總電功率為30MW，一回路，一回路冷卻劑質(zhì)量流量為冷卻劑質(zhì)量流量為15 t/s，冷卻劑系統(tǒng)壓力為，冷卻劑系統(tǒng)壓力為15 MPa，堆芯出口冷卻劑溫度為堆芯出口冷卻劑溫度為330，堆芯入口冷卻劑平均，堆芯入口冷卻劑平均溫度為溫度為300 。按照朗肯循環(huán)原理，求該核電廠的。按照朗肯循環(huán)原理，求該核電廠的熱效率？熱效率？1. 熱量傳遞的基本方式熱量傳遞的基本方式（1）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）: 物體內(nèi)部存在溫度差或兩個不同溫度的物體內(nèi)部存在溫度差或兩個不同溫度的物體接觸時，在物體各部分之間不發(fā)生相對位移的情況下，物體接觸時，在物體各部分之間不發(fā)生相對位移的情況下，依靠物質(zhì)微粒（分子、原

24、子或自由電子）的熱運動而產(chǎn)生依靠物質(zhì)微粒（分子、原子或自由電子）的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。的熱量傳遞現(xiàn)象。（2）熱對流：流體中，溫度不同的各部分之間發(fā)生相對位移）熱對流：流體中，溫度不同的各部分之間發(fā)生相對位移時所引起的熱量傳遞現(xiàn)象。時所引起的熱量傳遞現(xiàn)象。對流換熱：流體流過固體壁面時發(fā)生的對流和導(dǎo)熱聯(lián)合作對流換熱：流體流過固體壁面時發(fā)生的對流和導(dǎo)熱聯(lián)合作用的熱量熱量傳遞過程。用的熱量熱量傳遞過程。（3）熱輻射：物體通過電磁波來傳遞熱能的方式。）熱輻射：物體通過電磁波來傳遞熱能的方式。熱射線：波長熱射線：波長=0.1100m的電磁波，包括可見光、部分的電磁波，包括可見光、部分紫外線和紅外線

25、。紫外線和紅外線。 第第4節(jié)節(jié) 傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識2. 導(dǎo)熱的基本定律導(dǎo)熱的基本定律（1）溫度場和溫度梯度）溫度場和溫度梯度溫度場：在某一瞬時，物體內(nèi)各點的溫度分布。溫度場：在某一瞬時，物體內(nèi)各點的溫度分布。等溫面（等溫線）：在同一瞬時，物體內(nèi)溫度相同的各點等溫面（等溫線）：在同一瞬時，物體內(nèi)溫度相同的各點所連成的面（或線）。所連成的面（或線）。溫度梯度：沿等溫面法線方向上的溫度增量與法向距離比溫度梯度：沿等溫面法線方向上的溫度增量與法向距離比值的極限。值的極限。（2）傅立葉定律）傅立葉定律導(dǎo)熱基本定律導(dǎo)熱基本定律單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量（即熱流密度單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量（

26、即熱流密度q）正比于該）正比于該處的溫度梯度。處的溫度梯度。（3）熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）與物質(zhì)的種類、溫度、密度和濕度等因素有關(guān)。與物質(zhì)的種類、溫度、密度和濕度等因素有關(guān)。ntngradtq（4）導(dǎo)熱微分方程）導(dǎo)熱微分方程 導(dǎo)入微元體的總熱流量導(dǎo)入微元體的總熱流量+微元體內(nèi)熱源的生成熱微元體內(nèi)熱源的生成熱-導(dǎo)出微元導(dǎo)出微元體的總熱流量體的總熱流量=微元體熱力學(xué)能的增量微元體熱力學(xué)能的增量3. 對流換熱對流換熱（1）流動邊界層和熱邊界層）流動邊界層和熱邊界層流動邊界層：粘性流體流過固體壁面時，流體速度隨與壁流動邊界層：粘性流體流過固體壁面時，流體速度隨與壁面接近而減小，最終被滯止。

27、流速劇烈變化的薄層成為流面接近而減小，最終被滯止。流速劇烈變化的薄層成為流動邊界層動邊界層f。熱邊界層：流體與固體壁面進(jìn)行對流換熱時，流體溫度隨熱邊界層：流體與固體壁面進(jìn)行對流換熱時，流體溫度隨與壁面接近而升高（壁面向流體傳熱），最終與壁面溫度與壁面接近而升高（壁面向流體傳熱），最終與壁面溫度相同。流體中溫劇烈變化的薄層稱為熱邊界層相同。流體中溫劇烈變化的薄層稱為熱邊界層t。（2）對流換熱微分方程）對流換熱微分方程（3）表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hthytqxyx0)(（4）有相變時的對流換）有相變時的對流換熱熱凝結(jié)換熱：膜狀凝結(jié)、凝結(jié)換熱：膜狀凝結(jié)、珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)沸騰換熱：沸騰換熱：按加熱

28、環(huán)境分：大容器沸騰、按加熱環(huán)境分：大容器沸騰、管內(nèi)強制對流沸騰；管內(nèi)強制對流沸騰；按流體溫度分：按流體溫度分： 過冷沸騰（欠熱沸騰）、過冷沸騰（欠熱沸騰）、飽和沸騰；飽和沸騰；按傳熱面上的傳熱機理分按傳熱面上的傳熱機理分: 泡核沸騰（核態(tài)沸騰）、泡核沸騰（核態(tài)沸騰）、過渡沸騰、膜態(tài)沸騰過渡沸騰、膜態(tài)沸騰4. 傳熱過程傳熱過程（1）流體通過壁傳熱）流體通過壁傳熱（2）換熱器）換熱器5. 流體無量綱物性特征參數(shù)流體無量綱物性特征參數(shù)（1）普朗特數(shù)（）普朗特數(shù)（Pr） 表明流動邊界層和熱邊界層的關(guān)系（表明流動邊界層和熱邊界層的關(guān)系（f/ t ），反），反映流體物理性質(zhì)對對流傳熱過程的影響。映流體物理性質(zhì)對對流傳熱過程的影響。式中：式中：流體運動粘度，單位：流體運動粘度，單位：m2s-1； a流體熱擴散系數(shù)（率），單位：流體熱擴散系數(shù)（率），單位：m2s-1； 流體密度，單位：流體密度，單位：kgm-3； c流體比熱容，單位：流體比熱容，單位