核電廠熱工水力學(xué)4

堆芯傳熱過程1狀態(tài)參量2燃料元件導(dǎo)熱3單相對流傳熱1.描述物體狀態(tài)的熱工參數(shù)過程量和狀態(tài)量

狀態(tài)量主要有六個

壓力、溫度、比容、內(nèi)能、焓、熵壓力單位帕斯卡、千帕絕對壓力表壓力負壓（真空度）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓初規(guī)定在攝氏溫度0℃、緯度45°、晴天時海平面上的大氣壓強為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，后定76厘米汞柱高，最后定為101325帕比容溫度：表示物體冷熱程度的量法定單位開爾文或絕對溫標(biāo)常用的有華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)絕對溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)關(guān)系絕對溫標(biāo)以水的三相點為273.16K，水三相點壓力610.6帕。焓內(nèi)能熵2.燃料元件的導(dǎo)熱2.1傅里葉定律對于兩個表面都維持均勻溫度和的無內(nèi)熱源的平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱:燃料元件的導(dǎo)熱是指在燃料芯塊內(nèi)核反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量通過燃料元件內(nèi)部的熱傳導(dǎo)（包括燃料、間隙和包殼的熱傳導(dǎo)）傳到燃料元件包殼外表面的過程。它是一種有內(nèi)熱源（在燃料芯塊內(nèi)）或無內(nèi)熱源（間隙和包殼內(nèi)）的導(dǎo)熱問題，遵守傅里葉定律。2.2包殼外表面與冷卻劑之間的傳熱固體表面冷卻劑單相對流熱輻射沸騰單相對流定義指固體表面與流動流體之間直接接觸時的熱交換過程。在這種傳熱過程中，除了存在流體的導(dǎo)熱之外，起主要作用的是由流體位移所產(chǎn)生的熱對流。單相對流分類強迫對流和自然對流傳熱層流和湍流傳熱單相對流表達式（牛頓冷卻定律）或

與熱導(dǎo)率對流換熱系數(shù)的區(qū)別是物性量，而是過程量，它與流體的運動和傳熱過程有關(guān)。

以單相水在圓管內(nèi)作強迫對流定型湍流傳熱為例：熱輻射是物體因其溫度而發(fā)射的電磁波傳播所造成的熱量傳遞。沸騰傳熱是指流體在加熱表面發(fā)生各種沸騰工況時的傳熱。壓水堆在正常運行狀態(tài)下，包殼外表面與冷卻劑之間主要是單相對流傳熱，只在最熱通道的出口段可能出現(xiàn)欠熱泡核沸騰或飽和泡核沸騰傳熱，輻射傳熱可以忽略；在某些事故（如流量喪失事故或冷卻劑喪失事故等）過程中，包殼外表面可能經(jīng)歷單相對流傳熱和各種沸騰傳熱工況，當(dāng)溫度很高時要考慮輻射傳熱。2.3冷卻劑的輸熱冷卻劑的輸熱是指冷卻劑流過堆芯時，把燃料元件傳給冷卻劑的熱量以熱焓的形式載出反應(yīng)堆外的過程，它用冷卻劑的熱能守恒方程來描述。當(dāng)流體為單相時3.1單相對流傳熱

在流動系統(tǒng)中只有一種物相（液相、氣相或固相）的流動稱為單相流動，例如單相液體或單相氣體的流動。實際流體（液體或氣體）都是粘性流體，它們在流動時都具有粘性力（內(nèi)摩擦力）。當(dāng)粘性流體中發(fā)生層與層之間的相對運動時，運動速度快的層對速度慢的層產(chǎn)生一個拖動力使它加速，而速度慢的流體層對速度快的層就有阻止它向前運動的阻力。拖動力和阻力是大小相等方向相反的一對力，分別作用在兩個緊挨著的但速度不同的流體層上，這就是流體的粘性表現(xiàn)，稱為粘性力或摩擦力。兩流體層之間單位接觸面積上的粘性力稱為粘性應(yīng)力，用Γ表示，其表達式服從牛頓法則：層流當(dāng)流體速度很低時，流體中各質(zhì)點均沿主流方向平行流動、各平行層之間不發(fā)生流體微團的交混，而只有分子間的相互交換湍流當(dāng)流體速度較高時，流體微團在沿主流方向運動的同時還存在橫向速度脈動，即流體分子團作無規(guī)則的湍動流體慣性力/粘性力層流

湍流

過渡流

3.2單相強迫對流傳熱系數(shù)強迫對流是指由泵或風(fēng)機驅(qū)動流體的流動。大多數(shù)動力堆在運行狀態(tài)下，流經(jīng)反應(yīng)堆的冷卻劑一般都作強迫湍流流動。在這種流動狀態(tài)下的對流傳熱系數(shù)h常用如下經(jīng)驗關(guān)系式計算：C、m和n都是由實驗確定的常數(shù)

圓形通道內(nèi)的強迫對流湍流傳熱系數(shù)圓形通道內(nèi)的強迫對流湍流傳熱系數(shù)水縱向流過平行棒束中的傳熱系數(shù)單相層流傳熱系數(shù)影響單相強迫對流傳熱系數(shù)的主要因素流體流動的狀態(tài)對h的影響

當(dāng)流體作純層流時，傳熱系數(shù)主要取決于流體的熱導(dǎo)率kf因此，層流時的傳熱系數(shù)值h很低。當(dāng)流體作定型湍流流動時，流體微團相互擾動和混合，從而使熱量的傳遞大大強化。流體速度越高，湍流區(qū)的交混越劇烈，因而對流傳熱系數(shù)也越大。流體的物理性質(zhì)對h的影響影響傳熱系數(shù)的流體物性有流體的熱導(dǎo)率、密度、粘度和定壓比熱容。通道幾何對的影響通道幾何包括通道的形狀和大小，以及傳熱表面的粗糙度等，它們對傳熱系數(shù)有一定影響。3.3自然對流傳熱系數(shù)流體的自然對流或稱自由對流是由作用在密度發(fā)生變化的流體上的重力引起的流動換熱，而密度變化通常是由流體內(nèi)的溫度差產(chǎn)生。因此，其換熱強度主要取決于流體溫度差的大小。在反應(yīng)堆工程中，自然對流傳熱對