反应堆热工水力复习要点整理Word文档下载推荐.docx
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长
在燃料元件内
大部分在慢化剂内
堆内各处
缓发
裂变产物衰变的β射线能
裂变产物衰变的γ射线
6
短
大部分在燃料元件内,小部分在慢化剂内
过剩中子引起的(n,γ)反应
瞬发和缓发
过剩中子引起的非裂变反应加(n,γ)反应产物的β衰变和γ衰变能
约7
有长有短
总计
约200
注:
只有很少一部分裂变碎片会穿入包壳内,但不会穿透包壳;
在压水动力堆的设计中,通常取燃料元件的释热量占总释热量的97.4%,而在沸水堆中取燃料元件的释热量占堆总释热量的96%。
2、功率影响因素:
(1)燃料布置
(2)控制棒
(3)水隙及空泡:
水隙会引起附加慢化作用,使该处中子通量上升,因而使水隙周围元件的功率升高,从而增大了功率分布的不均匀程度。
3、控制棒中的热源:
吸收堆芯γ辐射以及吸收控制棒本身因(n,α)或(n,γ)反应所产生热量的全部或一部分。
4、慢化剂中的热源:
慢化剂中所产生的热量主要是裂变中子的慢化、吸收裂变产物放出的β粒子的一部分能量、吸收各种γ射线的能量。
5、结构材料的热源:
几乎完全是吸收来自堆芯的各种γ辐射。
6、停堆后功率:
反应堆停堆后,其功率并不是立刻降为零,而是按照一个负的周期迅速地衰减,周期的长短最终取决于寿命最长的放射缓发中子的裂变核群的半衰期。
当反应堆由于事故或正常停堆后,堆内自持的链式裂变反应虽然随即终止,但还有热量不断地从芯块通过包壳传入冷却剂中。
这些热量一部分来自燃料棒内储存的显热,热量的另外两个来源是剩余中子引起的裂变和裂变产物的衰变及中子俘获产物的衰变。
因此,在反应堆停堆后,还必须采取一定的措施对堆芯继续进行冷却,以便排除这些热量防止损坏燃料元件。
7、衰变功率:
裂变产物的放射性衰变和中子俘获产物的放射性衰变所产生的能量。
第三章
1、热传导微分方程:
2、圆柱体燃料元件芯块温度场:
忽略轴向导热,可以推得:
或者由物理意义,可以写出(中心温度变化率为零):
最后可以解得:
3、平板形燃料元件芯块温度场:
忽略轴向导热,可以推得:
4、平板形包壳温度场:
由傅里叶定律有:
解得:
5、圆壁形包壳温度场:
由傅里叶定律有:
最后解得:
6、单相对流换热公式:
7、强迫对流换热:
圆形通道内强迫对流换热公式D-B公式:
8、沸腾曲线(参考书P37图3-9)
壁面过热度和热流密度的关系曲线称为沸腾曲线。
(1)自然对流区
(2)核态沸腾区:
从产生气泡的沸腾起始点(ONB)开始,由于壁面生成气泡和气泡脱离壁面的强烈扰动,对流系数大大增加,热流密度迅速上升,但壁面温度变化不大,直到热流密度达到最大值为止,此点称为烧毁点,该点热流密度被称为临界热流密度。
(3)过渡沸腾区:
从烧毁点开始,由于气泡连成一片,形成蒸汽膜覆盖在受热面上,热阻上升,热流密度下降,但壁面温度一直上升,直至热流密度达到最小值,该点称为莱登弗罗斯特点。
(4)膜态沸腾区:
热流密度随壁面温度上升
9、沸腾临界
沸腾临界的特点是由于沸腾机理的变化引起的换热系数的陡降,导致受热面的温度骤升,达到临界沸腾的热流密度称为临界热流密度。
沸腾临界按工况分为两种情况:
(1)过冷或低含气量的沸腾临界:
由于受热面上逸出的气泡数量太多,以至阻碍了液体的补充,于是在加热面上形成一个蒸汽隔热层,从而使传热性能恶化,加热面的温度骤升。
这一物理现象被称为沸腾临界。
(2)高含汽量下的沸腾临界:
在高含汽量下,当冷却剂的流型为环状流时,如果由于沸腾而产生过分强烈的汽化,液体层就会被破坏,从而导致沸腾临界,这种现象被称为烧干。
10、包壳作用
(1)包覆核燃料使之不受冷却剂的化学腐蚀和机械侵蚀;
(2)作为放射性裂变产物的第一道安全屏障包容裂变气体和其他裂变产物,防止它们扩散到冷却剂中;
11、燃料元件温度分布
参考书P53-P57有推导,参考图也需记住
12、积分导热率:
13、热屏蔽:
热屏蔽位于堆芯和压力壳之间,其功用在于吸收来自堆芯的强辐射(γ辐射和中子流),使压力壳和生物屏蔽所受辐射不超过允许值。
第四章
1、单相流体流动压降:
2、提升压降:
提升压降取决于截面的垂直高度和密度,计算式如下:
3、摩擦压降:
计算单相流的摩擦压降,普遍采用darcy公式:
(1)圆形通道
Re<
2320的层流流动时,有:
2300<
Re<
105的湍流流动时,有
(2)非圆形通道
普遍关系式为:
取值参考莫迪图
4、加速压降
代入(质量流密度),可推得:
5、局部压降
经验公式为:
截面突然扩大情况:
6、基本流型:
(1)泡状流;
(2)弹状流;
(3)环状流;
(4)滴状流
7、两相流基本参数:
(1)含汽量:
a、静态含汽量:
b、流动含汽量:
c、平衡态含汽量:
平衡态含汽态可以为负,可以大于1,而前两者则不可以
8、空泡份额:
对于环状流,有:
9、滑速比S:
10、含汽量、空泡份额和滑速比间的关系
11、两相流压降模型
(1)均匀流模型:
假设两相均匀混合,把两相流动看作为某一个具有假想物性的单相流动,该假想物性与每一个相的流体的特性有关。
(2)分离流模型:
假设两相完全分开,把两相流动看作为各相分开的单独的流动,并考虑相间的作用。
12、均匀流模型压降表达式前提:
(1)汽相和液相的流速相等(S=1);
(2)两相间处于热力学平衡状态;
(3)使用规定得恰当的经验摩擦系数。
13、分离流模型压降表达式前提:
(1)汽相和液相的流速不相等;
(2)相间处于热力学平衡状态;
(3)应用经验关系式或简化的概念建立两相摩擦压降倍数和空泡份额的具体表达式。
14、孔板的作用:
孔板可以用来测量两相流量,汽液混合物的含汽量。
孔板的结构简单,性能稳定,可以用来解决热力设备设计中的稳定性和均匀性等问题。
15、自然循环:
自然循环是指在闭合回路内依靠热段(上行段)和冷段(下行段)中的流体密度差所产生的驱动压头来实现的流动循环。
对于反应堆系统来说,如果堆芯结构和管道系统设计得合理,就能够利用这种驱动压头推动冷却剂在一回路中循环,并带出堆内产生的热量(裂变热或衰变热)。
16、驱动压头:
17、有效压头:
克服上升段压力损失后的剩余驱动压头。
18、自然循环中断原因:
驱动压头不足以克服回路内上升段和下降段的压力损失:
(1)上升段和下降段的摩擦压降和局部压降太大,因此需要设法减小这些压降,例如采用管径稍大的管子,尽量减小各种局部压降的阻力件等等;
(2)驱动压头太小,即由于上升段(热段)和下降段(冷段)之间流体的密度差不够大,在核电厂中还可能由于蒸汽发生器二次侧的冷却能力过强,反而会使一回路的自然循环能力减小以致中断。
(3)自然循环必须是在一个流体连续流动的回路(或容器)中进行,如果中间被隔断,就不能形成自然循环,例如在堆芯中产生了汽体,并积存在压力壳的上腔室,使热段出水管裸露出水面,不能形成一个流通回路。
19、临界流(阻塞流):
当流体自系统中流出的速率不再受下游压力下降的影响时,这种流动就称为临界流或阻塞流,对于单相流也称声速流,此时出口处的流量达到最大值。
20、单相流体的临界条件:
(1)临界界面的流速等于声速;
(2)临界截面的上游流动不受下游压力下降的影响。
21、短通道临界流公式:
(1)孔板(可认为L/D=0):
(2)短通道(0<
L/D<
3):
22、流动不稳定性
在一个质量流密度、压降和空泡之间存在着耦合的两相系统中,流体受到一个微小的扰动后所产生的流量漂移或者以某一频率的恒定振幅或变振幅进行的流量振荡。
流动不稳定性的危害:
(1)机械振动:
流量和压力振动所引发的机械力会使部件产生有害的机械振动,而持续的机械振动会导致部件的疲劳损坏;
(2)控制困难:
流动振荡会干扰控制系统;
(3)温度振荡:
流动振荡会使部件的局部热应力产生周期性变化,从而导致部件的热疲劳破坏;
(4)沸腾临界:
流动振荡会使系统内的传热性能变坏,极大地降低系统的输热能力,并使临界热流密度大幅度下降,造成沸腾临界过早出现。
23、流动不稳定性分类:
(1)静力学不稳定性:
非周期性的改变系统额稳态工作运行点,基本特征是系统在经受一个微小扰动后,会从原来的稳态工作点转变到另一个不相同的稳态工作点运行。
(2)动力学不稳定性:
周期性地改变系统的稳态工作状况。
两相流不稳定性的分类
类别
型式
机理或条件
基本特征
静力学
不稳定性
流量漂移
压降特性曲线的斜率小于驱动压头特性曲线的斜率
流量发生突变,大的流量漂移
沸腾危机
不能有效地从加热表面带走热量
壁面温度波动,流量振荡
流型不稳定性
泡状-团状流型与环状流型交替变化,前者比后者有较小的空泡份额和较大的压降
周期性流型转换和流量变化
蒸汽爆发不稳定性
由于缺乏汽化核芯而周期性交替出现亚稳态到稳态的变化
液体过热或急剧蒸发,流道中伴随有逐出和再充满现象
动力学
声波不稳定性
压力波共振
频率高
密度波不稳定性
流量、密度和压降之间相互关系的延迟和反馈效应
频率低
热振荡
传热系数变化与流动过程之间的相互作用
发生在膜态沸腾工况
沸水堆的不稳定性
空泡反应性与流动动态传热之间的相互作用
仅在燃料元件时间常数小和压力低时才显示出明显的不稳定性
管间脉动
在少量平行管间的相互作用
多种方式的流量再分配
压降振荡
流量漂移导致管道与可压缩体积之间动态的相互作用
频率很低的周期性过程
24、流量漂移(Ledinegg不稳定性):
流量漂移也称水动力稳定性,其特点是系统内的流量会发生非周期性的漂移。
流量漂移原因是当通道内的水存在沸腾段和非沸腾段时,压降随流量变化的趋势就要由两个因素来决定:
(1)由于流量的降低,压降有下降的趋势();
(2)由于产生沸腾,汽水混合物体积膨胀流速增加,从而使压降反而随流量的减少而增加()。
(参考书P135图4-31)
25、流量漂移稳定性准则
即驱动压头随流量的增加速度不能超过摩擦压降的增加速度。
当驱动压头是给定的时(即不随流量变化),区段上流动是稳定的,区段上则相反。
26、防止流量漂移的措施:
(1)不要使系统在区段内运行,如必须的话,则采用大流量下压头会大大降低的水泵,以满足稳定性准则;
(2)消除区段,主要方法有:
a、在进口通道加装节流件,增大进口局部阻力;
b、选取合理的系统参数,系统运行压力越高,两相比体积相差越小,流动就越稳定。
27、管间脉动:
汽水流量发生周期性变化
28、管间脉动影响因素:
(1)压力:
压力越高,脉动可能性越小;
(2)出口含汽量:
出口含汽量越小,流动越稳定;
(3)热流密度:
热流密度越小,脉动可能性越小;
(4)流速:
进口流速越大,可以减轻或避免管间脉动。
29、管间脉动消除方法:
(1)调节与以上因素有关的参数;
(2)在加热段的进口加装节流件
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