《核反應(yīng)堆熱工分析》復(fù)習(xí)資料x

1、核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料第一章緒論（簡答）核反應(yīng)堆分類：按中子能譜分快中子堆、熱中子堆按冷卻劑分 輕水堆（壓水堆，沸水堆）、重水堆、氣冷堆、鈉冷堆按用途分研究試驗堆:研究中子特性、生產(chǎn)堆：生產(chǎn)易裂變材料、動力堆：發(fā)電艦船推進(jìn)動力各種反應(yīng)堆的基本特征：壓水堆優(yōu)缺點：沸水堆與壓水堆相比有兩個優(yōu)點：第一是省掉了一個回路，因而不再需要昂貴的蒸汽發(fā) 生器。第二是工作壓力可以降低。為了獲得與壓水堆同樣的蒸汽溫度，沸水堆只需加壓 到約72 個大氣壓，比壓水堆低了一倍。沸水堆的優(yōu)缺點：重水堆優(yōu)缺點：優(yōu)點：中子利用率高（主要由于D吸收中子截面遠(yuǎn)低于H）廢料中含235U極低，廢料易處理可將

2、238U轉(zhuǎn)換成易裂變材料238U + n 239Pu239Pu + n -A+B+n+Q （占能量一半設(shè)備二重沸酬詠球中充修加化（整），.群仲氣財：-g瓠，蛟建平求高:具有5. 建造同I腿d年），造價便宜表1-1各種反應(yīng)堆的基本特征堆型中子譜慢化劑冷卻劑燃料形態(tài)燃料富集壓水堆熱中子H2OH2Ouo23%左右沸水堆熱中子H2OH2Ouo23%左右重水堆熱中子D2。D2Ouo2天然鈾或高溫氣冷堆熱中子石墨嬴氣UC.T11O27 20%鈉冷快堆快中子無液態(tài)鈉UO2/P11O215 20%）南華大學(xué)班級：核工程與核技術(shù)064班學(xué)號：（20064530421）姓名：李軍核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料缺點：重水

3、初裝量大，價格昂貴燃耗線（800010000兆瓦日/T （鈾）為壓水堆1/3）為減少一回路泄漏（因補D20昂貴）對一回路設(shè)備要求高高溫氣冷堆的優(yōu)缺點：優(yōu)點：高溫，高效率（750850C，熱效率40%）高轉(zhuǎn)換比，高熱耗值（由于堆芯中沒有金屬結(jié)構(gòu)材料只有核燃料和石墨，而石墨吸 收中子截面小。轉(zhuǎn)換比0.85,燃耗10萬兆瓦日/T （鈾）安全性高（反應(yīng)堆負(fù)溫度系數(shù)大，堆芯熱容量大，溫度上升緩慢，采取安全措施裕量大）環(huán)境污染?。ú捎玫獨庾骼鋮s劑，一回路放射性劑量較低，由于熱孝率高排出廢熱少）有綜合利用的廣闊前景（如果進(jìn)一步提高斐氣溫度900C時可直接推動氣輪機；1000C時可直接推動氣輪機熱熱效率大于5

4、0%； 1000 120CTC時可直接用于煉鐵、化工及煤的氣化）高溫氮氣技術(shù)可為將來發(fā)展氣冷堆和聚變堆創(chuàng)造條件鈉冷快堆的優(yōu)缺點：優(yōu)點：充分利用鈾資源239Pu + n A+B + 2. 6 個 n238U + 1.6個11 -1.6個239Pu （消耗一個中子使1. 6個238U轉(zhuǎn)換成239Pu）堆芯無慢化材料、結(jié)構(gòu)材料， 冷卻劑用量少液態(tài)金屬鈉沸點為895C堆出口溫度可高于560 C缺點：快中子裂變截面小，需用高濃鈾（達(dá)33%）對冷卻劑要求苛刻，既要傳熱好又不能慢化中子，Na是首選材料，Na是活潑金屬，遇水會發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)， 因此需要加隔水回路各種堆型的特點、典型運行參數(shù)第二章堆芯材料選擇

5、和熱物性（簡答）固體核燃料的5點性能要求：教材14頁常見的核燃料：金屬鈾和鈾合金、陶瓷燃料、彌散體燃料選擇包殼材料，必須綜合考慮的7個因素：包殼材料的選擇中子吸收截面要小熱導(dǎo)率要大材料相容性要好南華大學(xué) 班級：核工程與核技術(shù)064班 學(xué)號：（20064530421）姓名：李軍核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料抗腐蝕性能材料的加工性能材料的機械性能材料的抗輻照性能只有很少材料適合制作燃料包殼，鋁、鎂、錯、不銹鋼、鐐基合金、石墨。目前在壓水 堆中廣泛應(yīng)用的是錯合金 包殼。常見的包殼材料：錯合金、不銹鋼和鐐基合金選擇冷卻劑要考慮的7個要求：冷卻劑應(yīng)有良好的導(dǎo)熱性能和小的中子吸收截面，它與結(jié)構(gòu)材料應(yīng)有良好的 相

6、容性。冷卻劑的化學(xué)穩(wěn)定性要好，能在較高的溫度下工作，以獲得較高的熱效率，價格應(yīng)該便宜，使用安全。有 時冷卻劑和慢化劑用同一種物質(zhì)。冷卻劑將堆芯熱量帶出堆外以供利用，木身被冷卻返回堆內(nèi)重新循環(huán)常見的冷卻劑：水和重水、鈉、氮氣選擇慢化劑要考慮的要求及常見的慢化劑：教材24-25頁第三章反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)工況下的傳熱計算(簡答+計算)計算：傳熱計算(熱傳導(dǎo)的計算：傅里葉定律)注：掌握無內(nèi)熱源情況傅立葉定律：dTq =- k dxk為導(dǎo)熱系數(shù)，W/m C。它反映了該種物質(zhì)導(dǎo)熱能力的強弱。k金屬k液k氣例題1 一塊厚度8 =50 mm的平板，兩側(cè)表面分別維持在twl=300C, tw2=100 C ,試求下列條

7、件下通過單位 截面積的導(dǎo)熱量：(1)材料為銅，導(dǎo)熱系數(shù)k=374 W / (m. K)； (2)材料為鋼，導(dǎo)熱系數(shù)1= 36. 3W / (m - K) tdt解答：q k q dx k dtOtdx根據(jù)傅立葉定律k twl tw2 w2wlq twl tw2 kq 300 100 K0.05m 1.496 10W/m62南華大學(xué)班級：核工程與核技術(shù)064班W374/m K)姓名：李軍核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料(1)材料為銅，k=374 W/ (m.K)代入得：300 100 K52 1.456 10W/m (2)材料為鋼，k=36. 3 W / (m.K)代入得：q 0.05m36. 3W/m

8、 K牛頓冷卻公式：q =( tw-tf )(為對流換熱系數(shù)，W/m2 - C)例題2：在一次測定空氣橫向流過單根圓管的對流換熱試驗中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度tw=69C，空氣溫 度tf = 20C,管子外徑d=14mm，加熱段長80mm，輸入加熱段的功率為8.5W。如果全部熱量通過對流換熱傳給空氣， 試問此時的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為多大？解答：根據(jù)牛頓冷卻公式：Q F tw tf QF tw tf2 8. 5W3. 14 0.014 0.08 69 20 m K2 49. 3W/m K例題3對一臺氟里昂冷凝器的傳熱過程作初步測算得到以下數(shù)據(jù)：管內(nèi)水的對流換熱表 面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a 1=8700

9、W / (m2 - K),管外氟里昂蒸氣凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a 2=1800 W/ (m2 - K),換熱管子壁厚8 =1. 5mm，管子材料為導(dǎo) 熱系數(shù)=l.l5xlO-4/n2 AT/VV% 87OOVV /m Kk = 383W/ (m-K)的鋼。試計算：工個環(huán)節(jié)的熱阻及冷凝器的總傳熱系數(shù)；欲增強傳熱應(yīng)從哪個環(huán)節(jié)入手?分析時 可把圓管當(dāng)成平壁處理。解答：水側(cè)換熱熱阻管壁導(dǎo)熱熱阻蒸氣凝結(jié)熱阻51.5x10? m=A 3831V / AM K=3.92x 10f K/W=； 5.56xl0T 】2 K/W 。、I800IV lm - K1 14 h = - = 1480W hn K1511.

10、15 x 10 + 3.92 x 10-6 + 5.56 x 10-4+- F - a k a.教材58頁：當(dāng)量直徑的計算影響堆芯功率分布的因素有哪些及分別怎樣影響的？（教材31頁）答：燃料布置、控制棒、水隙及空泡對功率分布的影響什么是熱管因子？（教材35頁）教材42頁ql、q、qv的物理意義導(dǎo)熱、放熱、輸熱分別指什么？各遵循什么定律？（教材42-49頁）積分熱導(dǎo)率的概念（教材58頁）第四章反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)工況下的水力計算南華大學(xué)班級：核工程與核技術(shù)064班學(xué)號：（20064530421）姓名：李軍核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料穩(wěn)態(tài)工況下水力計算的3個任務(wù)（教材83頁）穩(wěn)態(tài)水力計算基本方程：質(zhì)量守恒方程式

11、一連續(xù)性方程、動量守恒方程（教材84頁）一質(zhì)量守恒方程式一連續(xù)性方程d （ V A）0-也就是PVA=常數(shù)=W,我們把W稱為質(zhì)量流量，單位kg/So-在流動計算中，通常在某一段流道中，流通截面A是不變的（例如在直徑不變的一段圓管內(nèi)流動），則PV=常數(shù)我們稱P V = G, G為質(zhì)量流速，單位為kg/m2 - s,所以在等截面的流道 中，得G=常數(shù)-動量守恒方程式-根據(jù)作用于微元體上的力應(yīng)該等于其動量變化的原理，可得dP） （A dA） U PA （P（壓力）hdZ （ AdZ）gsin （ VA）（V dV） v（重力的分力）（動量改變的力）（壁面上的力）-展開上式，并略去微分相乘量，可得d（

12、AP） UhdZ Agsin dZ VAdVh 如果流通截面A不變，則上式可寫為：gsin GdZAdZ-上式就是單相流體一維流動的動量守恒方程式，式中Uh為微元體的周界長度，T為壁面剪切應(yīng)力。dPUdV-能量守恒方程式-同樣對上式微元體考慮能量平衡，可得d（pv） dU d（12V2）d （Zgsin ） dq dW（位能）（加入熱量）（對外作功）（壓力能）（內(nèi)能）（動能）-令內(nèi)能的變化dU可以寫成dU=dq+dF-pdv,式中，dF為不可逆的摩擦損失。當(dāng)微元體對外不作功，即dW=O,則能量平衡式可寫為：-或vdP VdV gsin dZ dF OdPdZdFdZgsin VdVdZdFdZ

13、gsin GdVdZ-上式即單相流體一維流動的能量守恒方程式，即單相流體流動中，動量守恒方程式和能量守恒方程式是相同的，同時可得，必須一動量守恒方程和能量守恒方程還可表示成：dPfdZUhdFdZdPdZdFdZdPfdZdPeldZdPadZA，稱為摩擦壓降梯度；dPelgsindZdPadZGdVdZ稱為提升（或重位）壓降梯度；，稱為加速壓降梯度。所以，流體在流道中流動，且流道內(nèi)無局部阻力件時，總的流動壓降由摩擦壓降、提升壓降和加速壓降組成。兩相流：兩個物相在同一個系統(tǒng)內(nèi)一起流動稱為兩相流。4.含汽量和空泡份額（掌握教材105頁4-51、4-52式）5.一回路內(nèi)的流動壓降（教材118頁 分

14、段計算）南華大學(xué)班級：核工程與核技術(shù)064班學(xué)號：（20064530421）姓名：李軍核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料堆芯冷卻劑流量分配不均勻的4個原因（教材118頁）自然循環(huán)的基本概念：若回路中流體的循環(huán)流動是依靠回路中流體本身的密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動壓頭作為推動 力，這樣的流動稱為自然循環(huán)流動。（研究教材121頁圖4- 20,自然循環(huán)流顯然，在自然彳盾環(huán)情況下，于是有:i1i若:用 Pd表示驅(qū)動J R頭，/二，用八Pup和 分別友示上升段內(nèi)和下降段內(nèi)的壓降損失之和，則-通常把克服r lji-段斥:力損失之后的剩余驅(qū)動床頭效壓頭 Pc，這樣就有 4 Vc = PdA Pup-這樣就得自然循環(huán)基本方程式

15、Pc = pdo圖 4-21)確定自然循環(huán)的方法基：驅(qū)動壓頭符于陽壓降，出動壓頭阻力壓降/叩W流最假W粹熱以支，則 派勺3大，導(dǎo)致出 應(yīng)下降，出卻陽的 擊承升，驅(qū)動JBE 降，而阻N增大。課后習(xí)題：4-1:某一傳熱試驗裝置，包括一根由1. 2m長內(nèi)徑是13mm的垂直圓管組成的試驗段。水從試驗段頂部流出，經(jīng)過一個90度彎頭后進(jìn)入1. 5m長的套管式熱交換器，假設(shè)熱交換 器安裝在水平管道的中 間部分，水在管內(nèi)流動，冷卻水在管外逆向流動。熱交換器的內(nèi)管 以及把試驗段、熱交換器、泵連接起來的管道均 為內(nèi)徑為25mm的不銹鋼管?；芈犯?m，總長18m,共有四個彎頭。在試驗段的進(jìn)出口都假設(shè)有突然的面積變化

16、?；?路的運行壓力是160巴，當(dāng)260C的水以5m/s的速度等溫流過試驗段時，求回路的摩擦壓降。若試驗段均勻加 熱，使試驗段的出口溫度變?yōu)?00笆，回路的壓降又是多少？假定這時熱交換器內(nèi) 管的平均溫度比管內(nèi)水的平均溫 度低40C南華大學(xué)班級：核工程與核技術(shù)064班學(xué)號：（20064530421）姓名：李軍核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料4-2:某沸水反應(yīng)堆冷卻劑通道，高1.8m，運行壓力為48巴，進(jìn)入通道的水的過冷度為13C，離開通道時的含汽量 為0.06,如果通道的加熱方式是：1）均勻的和2）正弦的 （坐標(biāo)原點取在通道的進(jìn)口處），試計算它的不飽和沸騰段高度和飽和沸騰段高度（忽略 過冷沸騰段和外推長

17、度）。4-3:設(shè)有一個以正弦方式加熱的沸騰通道（坐標(biāo)原點取在通道的進(jìn)口處），長3. 6m運行壓力83巴，不飽和沸 騰段高度為1.2m，進(jìn)口水的過冷度為15C,試求該通道的出口含 汽量和空泡份額（忽略過冷沸騰段）。4-4:試計算由直徑為20mm突然擴大至50mm的水平管中汽水兩相流的靜壓力變化和壓 力損失。假設(shè)系統(tǒng)的運行壓 力是10巴，含汽量是0. 04,質(zhì)量流速是0. 8k/s,4-5:試導(dǎo)出汽水兩相流的空泡份額、真實含汽量x和滑速比S間的關(guān)系式。4-6:某一模擬試驗回路的垂直加熱通道，在某高度處發(fā)生飽和沸騰，已知加熱通道的 內(nèi)徑d=2cm,冷卻水的質(zhì)量 流量為1. 2噸/時，系統(tǒng)的運行壓力是

18、100巴，加熱通道進(jìn)口水焙為1214kJ/kg,沿通道軸向均勻加熱，熱流量，通 道長2m。試用平衡態(tài)模型計算加熱 通道內(nèi)流體的飽和沸騰起始點的高度和通道出口處的含汽量。4-7:已知壓水堆某通道出口、入口水溫為320C和280C,壓力為15. 5MPa,元件外徑 為10. 72mm，活性段高 度3. 89mm,柵距14. 3mm，包殼平均壁溫320C，當(dāng)入口質(zhì)量流速為 時，求沿程摩擦壓降，加速壓降，并加以比較。臨界流模型及臨界流的特點：臨界流模型如果上游壓力P。保持不變.并假定流體的溫度和比容都是定值?！癐外部背壓Pb 卜降到低容器流體氏力時（曲線1）.流體便 從通道內(nèi)流出，井 在通道內(nèi)自PO至

19、通道出口壓 力Pcx之間建立-個壓力梯度，這時Pcx等于 Pb。“IPb進(jìn)-步降低時，Pcx也隨之 卜降，井 等變化后的Pb,出口流速進(jìn)-步增大（曲線2）；這個美系I保持到某個值，在該Pbtfl K通道出 I1處流速等于該處溫度和壓力下的聲速時為止 （曲線3）；此后.Pb進(jìn) 步降低.出口截面處流 速不會町 增大，Pcx不會再降低（曲線4.5），這時的流動叫臨界流動。對于單相流，確定發(fā)生臨界流的兩個等價條件是：I）流 速等于截面壓力和溫度下的聲速，2）截面上游流動不受下游壓力的影響。流動不穩(wěn)定性的概念及原因：在被加熱液體發(fā)生相變的兩相流動中，不均勻的體積 變化 可能導(dǎo)致流動不穩(wěn)定性。流動不穩(wěn)定這

20、個名稱的含義是指在一個熱力一流體動力學(xué)耦合的兩相 系統(tǒng)中，流體受到某一微小擾動后會引起質(zhì)量流量、壓降和空泡份額以某一頻率的常振幅或變 振幅的振蕩。這種現(xiàn)象與機械系統(tǒng)中的振動很相似。流動不穩(wěn)定性的主要類型：1）、水動力不穩(wěn)定性;2）、并聯(lián)通道的管間脈動；3）、流型 不穩(wěn)定性；4）、動力學(xué)不穩(wěn)定性;5）、熱振蕩南華大學(xué)班級：核工程與核技術(shù)064班學(xué)號：（20064530421）姓名：李軍核反應(yīng)堆熱工分 析復(fù)習(xí)資料第五章反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計原理反應(yīng)堆熱工設(shè)計準(zhǔn)則（教材140頁3點針對壓水堆）當(dāng)不考慮在堆芯進(jìn)口處冷卻劑流量分配的不均勻，以及不考慮燃料元件的尺寸、性能等在 加工、安裝、運行中的工程因素造成的偏差，單純從核方面考慮，堆芯內(nèi)存在著某一積分功率 輸出最大的燃料