核電廠熱工水力學(xué)4

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

狀態(tài)量主要有六個(gè)

壓力、溫度、比容、內(nèi)能、焓、熵壓力單位帕斯卡、千帕絕對(duì)壓力表壓力負(fù)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(shí)海平面上的大氣壓強(qiáng)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(kāi)爾文或絕對(duì)溫標(biāo)常用的有華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)絕對(duì)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)關(guān)系絕對(duì)溫標(biāo)以水的三相點(diǎn)為273.16K，水三相點(diǎn)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(duì)于兩個(gè)表面都維持均勻溫度和的無(wú)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(guò)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(guò)程。它是一種有內(nèi)熱源（在燃料芯塊內(nèi)）或無(wú)內(nèi)熱源（間隙和包殼內(nèi)）的導(dǎo)熱問(wèn)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(duì)流熱輻射沸騰單相對(duì)流定義指固體表面與流動(dòng)流體之間直接接觸時(shí)的熱交換過(guò)程。在這種傳熱過(guò)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(duì)流。單相對(duì)流分類強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流傳熱層流和湍流傳熱單相對(duì)流表達(dá)式（牛頓冷卻定律）或

與熱導(dǎo)率對(duì)流換熱系數(shù)的區(qū)別是物性量，而是過(guò)程量，它與流體的運(yùn)動(dòng)和傳熱過(guò)程有關(guān)。

以單相水在圓管內(nèi)作強(qiáng)迫對(duì)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(shí)的傳熱。壓水堆在正常運(yùn)行狀態(tài)下，包殼外表面與冷卻劑之間主要是單相對(duì)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(guò)程中，包殼外表面可能經(jīng)歷單相對(duì)流傳熱和各種沸騰傳熱工況，當(dāng)溫度很高時(shí)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(guò)堆芯時(shí)，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(guò)程，它用冷卻劑的熱能守恒方程來(lái)描述。當(dāng)流體為單相時(shí)3.1單相對(duì)流傳熱

在流動(dòng)系統(tǒng)中只有一種物相（液相、氣相或固相）的流動(dòng)稱為單相流動(dòng)，例如單相液體或單相氣體的流動(dòng)。實(shí)際流體（液體或氣體）都是粘性流體，它們?cè)诹鲃?dòng)時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度快的層對(duì)速度慢的層產(chǎn)生一個(gè)拖動(dòng)力使它加速，而速度慢的流體層對(duì)速度快的層就有阻止它向前運(yùn)動(dòng)的阻力。拖動(dòng)力和阻力是大小相等方向相反的一對(duì)力，分別作用在兩個(gè)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(dá)式服從牛頓法則：層流當(dāng)流體速度很低時(shí)，流體中各質(zhì)點(diǎn)均沿主流方向平行流動(dòng)、各平行層之間不發(fā)生流體微團(tuán)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(shí)，流體微團(tuán)在沿主流方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還存在橫向速度脈動(dòng)，即流體分子團(tuán)作無(wú)規(guī)則的湍動(dòng)流體慣性力/粘性力層流

湍流

過(guò)渡流

3.2單相強(qiáng)迫對(duì)流傳熱系數(shù)強(qiáng)迫對(duì)流是指由泵或風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)流體的流動(dòng)。大多數(shù)動(dòng)力堆在運(yùn)行狀態(tài)下，流經(jīng)反應(yīng)堆的冷卻劑一般都作強(qiáng)迫湍流流動(dòng)。在這種流動(dòng)狀態(tài)下的對(duì)流傳熱系數(shù)h常用如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算：C、m和n都是由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)

圓形通道內(nèi)的強(qiáng)迫對(duì)流湍流傳熱系數(shù)圓形通道內(nèi)的強(qiáng)迫對(duì)流湍流傳熱系數(shù)水縱向流過(guò)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(qiáng)迫對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素流體流動(dòng)的狀態(tài)對(duì)h的影響

當(dāng)流體作純層流時(shí)，傳熱系數(shù)主要取決于流體的熱導(dǎo)率kf因此，層流時(shí)的傳熱系數(shù)值h很低。當(dāng)流體作定型湍流流動(dòng)時(shí)，流體微團(tuán)相互擾動(dòng)和混合，從而使熱量的傳遞大大強(qiáng)化。流體速度越高，湍流區(qū)的交混越劇烈，因而對(duì)流傳熱系數(shù)也越大。流體的物理性質(zhì)對(duì)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(duì)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(duì)傳熱系數(shù)有一定影響。3.3自然對(duì)流傳熱系數(shù)流體的自然對(duì)流或稱自由對(duì)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(dòng)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(qiáng)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(duì)流傳熱對(duì)