《核反应堆热工分析》复习资料

1、第一章绪论（简答）1 .核反应堆分类：按中子能谱分快中子堆、热中子堆按冷却剂分轻水堆（压水堆，沸水堆卜重水堆、气冷堆、钠冷堆按用途分研究试验堆：研究中子特性、生产堆：生产易裂变材料、动力堆：发电舰船推进动力2 .各种反应堆的基本特征：表1-1各种反应堆的基本特征平均II除，节约囱蛔水沸点唳划玄阐S平压力容融求高堆型中子谱慢化剂冷却剂燃料形态燃料富集度压水堆热中子h2oh2ouo33%左右沸水堆热中子h2oH.0uo23%左右重水堆执中子d2od2ouo:天然铀或稍浓缩铀高温气冷堆热中子石墨氨气UC.ThO：770%钠冷快堆快中子无液态钠UO2/PuO215-20%3.压水堆优缺点:具有负温虎帆

2、安全翔（"评）4.沸水堆与压水堆相比有两个优点：第一是省掉了一个回路，因而不再需要昂贵的蒸汽发生器。第二是工作压力可以降低。为了获得与压水堆同样的蒸汽温度，沸水堆只需加压到约72个大气压，比压水堆低了一倍。5.沸水堆的优缺点：iit5.设备简单省去一个二.通过吟冷却若小缺占.潴质的水桶i中子蝮化能力怅汽遑度不育热更率低6.重水堆优缺点：优点： 中子利用率高（主要由于D吸收中子截面远低于H） 废料中含235U极低，废料易处理 可将238U转换成易裂变材料238U+n239Pu239Pu+nA+B+n+Q（占能量一半）缺点： 重水初装量大，价格昂贵 燃耗线（800010000兆瓦日/T（

3、铀）为压水堆1/3） 为减少一回路泄漏（因补D2O昂贵）对一回路设备要求高7 .高温气冷堆的优缺点：优点： 高温，高效率（750850C,热效率40%） 高转换比，高热耗值（由于堆芯中没有金属结构材料只有核燃料和石墨，而石墨吸收中子截面小。转换比0.85,燃耗10万兆瓦日/T（铀） 安全性高（反应堆负温度系数大，堆芯热容量大，温度上升缓慢，采取安全措施裕量大） 环境污染小（采用氨气作冷却剂，一回路放射性剂量较低，由于热孝率高排出废热少） 有综合利用的广阔前景（如果进一步提高氨气温度900c时可直接推动气轮机；1000c时可直接推动气轮机热热效率大于50%;10001200C时可直接用于炼铁、化

4、工及煤的气化）高温氨气技术可为将来发展气冷堆和聚变堆创造条件8 .钠冷快堆的优缺点：优点： 充分利用铀资源239Pu+nA+B+2.6个n238U+1.6个n1.6个239Pu（消耗一个中子使1.6个238U转换成239Pu） 堆芯无慢化材料、结构材料，冷却剂用量少 液态金属钠沸点为895c堆出口温度可高于560C缺点： 快中子裂变截面小，需用高浓铀（达33%） 对冷却剂要求苛刻，既要传热好又不能慢化中子，Na是首选材料，Na是活泼金属，遇水会发生剧烈化学反应，因此需要加隔水回路9 .各种堆型的特点、典型运行参数第二章堆芯材料选择和热物性（简答）1 .固体核燃料的5点性能要求：教材14页2 .

5、常见的核燃料：金属铀和铀合金、陶瓷燃料、弥散体燃料3 .选择包壳材料，必须综合考虑的因素：包壳材料的I选择中子吸收截面要小,热与率要大材料相容性要好 抗腐蚀性能 材料时加工性能 材料向机械性能 材料时抗辐照性能只有很少的I材料适合制作燃料包壳，铝、镁、错、不锈钢、银基合金、石墨。目前在压水堆中广泛应用时是粘合金包壳。4 .常见的包壳材料：错合金、不锈钢和馍基合金5 .选择冷却剂要考虑的7个要求：冷却剂应有良好的导热性能和小的中子吸收截面，它与结构材料应有良好的相容性。冷却剂的化学稳定性要好，能在较高的温度下工作,以获得较高的热效率，价格应该便宜，使用安全。有时冷却剂和慢化剂用同一种物质冷却剂将

6、堆芯热量带出堆外以供利用，本身被冷却返回堆内重新循环6 .常见的冷却剂：水和重水、钠、氨气7 .选择慢化剂要考虑的要求及常见的慢化剂：教材24-25页第三章反应堆稳态工况下的传热计算(简答+计算)1.计算：传热计算(热传导的计算：傅里叶定律)注：掌握无内热源情况傅立叶定律：dTq=-kdxk为导热系数，W/m-C。它反映了该种物质导热能力的强弱。k金属>卜液>k气例题1一块厚度8=50mm的平板，两侧表面分别维持在tw1=300C,tw2=100C,试求下列条件下通过单位截面积的导热量：(1)材料为铜，导热系数k=374W/(m.K);(2)材料为钢，导热系数k=36.3W/(mK

7、)。解答：根据傅立叶定律dt=q.0dxtw2dttwl二,qC.=k二.q300-100K62q=1.49610W/m0.05m374W/mK(1)材料为铜，k=374W/(m.K)代入得:f300-1001K52(2)材料为钢，k=36.3W/(m.K)代入得：q二=1.456X105W/m20.05m36.3W/m，K牛顿冷却公式：q=ct(tw-tf)(a为对流换热系数，W/m2-C)例题2：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=69C,空气温度tf=20C,管子外径d=14mm,加热段长80mm,输入加热段的功率为8.5W。如果全部热量通过对

8、流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数为多大？解答：根据牛顿冷却公式：Q”F1Q8.5W=a=Ftw-tf3.140.0140.0869-20m2K2=49.3W/mK例题3对一台氟里昂冷凝器的传热过程作初步测算得到以下数据：管内水的对流换热表面传热系数a1=8700W/(m2K),管外氟里昂蒸气凝结换热表面传热系数a2=1800W/(m2K),换热管子壁厚8=1.5mm,管子材料为导热系数k=383W/(mK)的钢。试计算：三个环节的热阻及冷凝器的总传热系数；欲增强传热应从哪个环节入手？分析时可把圆管当成平壁处理。-,11-“-42,，解答：水侧换热热阻一=2=1.15M10mK/W

9、0tl8700W/mK管壁导热热阻9=1.5乂10m=3.92M10m2K/W九383W/mK蒸气凝结热阻冷凝器的总传热系数:11工2=2=5.5610mK/W?21800W/mK112h1480W/mK1、,11.15103.92105.5610-1k:22 .教材58页：当量直径的计算3 .影响堆芯功率分布的因素有哪些及分别怎样影响的？(教材31页)答：燃料布置、控制棒、水隙及空泡对功率分布的影响4 .什么是热管因子？(教材35页)5 .教材42页ql、q、qv的物理意义6 .导热、放热、输热分别指什么？各遵循什么定律？(教材42-49页)7 .积分热导率的概念(教材58页)第四章反应堆稳

10、态工况下的水力计算1 .稳态工况下水力计算的2 .稳态水力计算基本方程:3个任务（教材83页）质量守恒方程式一连续性方程、动量守恒方程（教材84页)质量守恒方程式一也就是一连续性方程d（PVA）丫人=常数=W,我们把W称为质量流量，单位kg/so在流动计算中，通常在某一段流道中，流通截面A是不变的（例如在直径不变的一段圆管内流动），则pV=常数我们称p流速，单位为kg/m2s,所以在等截面的流道中，得动量守恒方程式-根据作用于微元体上的力应该等于其动量变化的原理，可得V=G,G为质量G=常数(PVA)(VdV)-vPA-(P-dP)(A-dA)UhdZ_(P.AdZ)gsinB（压力）（壁面上

11、的（重力的分（动量改变的力）展开上式，并略去微分相乘量,可得-d(AP)一.UhdZsinddZ如果流通截面A不变，则上式可写为:dZ-上式就是单相流体一维流动的动量守恒方程式，式中度，T为壁面剪切应力。能量守恒方程式-同样对上式微元体考虑能量平衡，可得AUh为微元体的周界长dVGdZ1d（pv）dUd（V2（压力能）（内能）（动能）2.)d(Zgsin?)（位能）（加dq一dW热量）（对外作功）则能量平衡式可写为：gsinddZdF见一见：gsindZdZdZdZ上式即单相流体一维流动的能量守恒方程式,即单相流体流动中,方程式和能量守恒方程式是相同的,-动量守恒方程和能量守恒方程还可表示成：

12、同时可得,必须dZ动量守恒:dFdZ令内能白变化dU可以写成dU=dq+dF-pdv,式中，dF为不可逆的摩擦损失。当微元体对外不作功，即dW=0,vdPVdVdPeldZ，称为摩擦压降梯度;dPel,称为提升（或重位）压降梯度;,称为加速压降梯度。总的流动压降由摩擦压降、?所以，流体在流道中流动，且流道内无局部阻力件时,提升压降和加速压降组成。3 .两相流：两个物相在同一个系统内一起流动称为两相流。4 .含汽量和空泡份额（掌握教材105页4-51、4-52式）5 .一回路内的流动压降（教材118页分段计算）6 .堆芯冷却剂流量分配不均匀的4个原因（教材118页）7 .自然循环的基本概念：若回

13、路中流体的循环流动是依靠回路中流体本身的密度差所产生的驱动压头作为推动力，这样的流动称为自然循环流动。（研究教材121页图4-20,图4-21）ReactorThermalHydraulics三、自然循环流量?显然，在自然循环情况下，App=Apt=0,于是有：；：Pel,i=；：Pf,i-/Pc,iiii?若用Apd表示驱动压头，APd=-ZAPel",用APup和Apdoi分别表示上升段内和下降段内的压降损失之和，则,-：Pd=；：Pup-Pdo?通常把克服了上升段压力损失之后的剩余驱动压头称为有效压头Ape,这样就有Ape=Apd-Apup?这样就得自然循环基本方程式APe=A

14、PdoReactorThermalHydraulics确定自然循环流量的方法是：驱动压头等于阻力压头假定释热功率不变，则流量增大，导致出口温度下降，出口冷却剂的密度上升，驱动压头下降，而阻力压降随着流量上升而增大。8.课后习题：4-1:某一传热试验装置，包括一根由1.2m长内彳5是13mm的垂直圆管组成的试验段。水从试验段顶部流出，经过一个90度弯头后进入1.5m长的套管式热交换器，假设热交换器安装在水平管道的中间部分，水在管内流动，冷却水在管外逆向流动。热交换器的内管以及把试验段、热交换器、泵连接起来的管道均为内径为25mm的不锈钢管。回路高3m,总长18m,共有四个弯头。在试验段的进出口都

15、假设有突然的面积变化。回路的运行压力是160巴，当260c的水以5m/s的速度等温流过试验段时，求回路的摩擦压降。若试验段均匀加热，使试验段的出口温度变为300C,回路的压降又是多少？假定这时热交换器内管的平均温度比管内水的平均温度低40Co4-2:某沸水反应堆冷却剂通道，高1.8m,运行压力为48巴，进入通道的水白过冷度为13C,离开通道时的含汽量为0.06,如果通道的加热方式是：1）均匀的和2）正弦的（坐标原点取在通道的进口处），试计算它的不饱和沸腾段高度和饱和沸腾段高度（忽略过冷沸腾段和外推长度）。4-3:设有一个以正弦方式加热的沸腾通道（坐标原点取在通道的进口处），长3.6m运行压力8

16、3巴，不饱和沸腾段高度为1.2m,进口水的过冷度为15C,试求该通道的出口含汽量和空泡份额（忽略过冷沸腾段）。4-4:试计算由直径为20mm突然扩大至50mm的水平管中汽水两相流的静压力变化和压力损失。假设系统的运行压力是10巴，含汽量是0.04,质量流速是0.8kg/s。4-5:试导出汽水两相流的空泡份额、真实含汽量x和滑速比S间的关系式。4-6:某一模拟试验回路的垂直加热通道，在某高度处发生饱和沸腾，已知加热通道的内径d=2cm,冷却水的质量流量为1.2吨/时，系统的运行压力是100巴，加热通道进口水火含为1214kJ/kg,沿通道轴向均匀加热，热流量，通道长2m。试用平衡态模型计算加热通

17、道内流体的饱和沸腾起始点的高度和通道出口处的含汽量。4-7:已知压水堆某通道出口、入口水温为320c和280C,压力为15.5MPa,元件外径为10.72mm,活性段高度3.89mm,栅距14.3mm,包壳平土匀壁温320C,当人口质量流速为时,求沿程摩擦压降，加速压降，并加以比较。临界流模型9 .临界流模型及临界流的特点：ReactorThermalHydraulics一直保持到某一个值，在该Pb值下通Pbo当Pb进一步降低时,下降，并等于变化后的速进一步增大（曲线：Pb,出口流2）;这个关系Pex之Pex等于Pex也随之在通道内自p0至通道出口压力间建立一个压力梯度，这时如果上游压力P0保

18、持不变，并假定流体的温度和比容都是定值。当外部背压Pb下降到低于容器流体压力时（曲线1）,流体便从通道内流出，并道出口处流速等于该处温度和压力下的声速时为止（曲线3）;此后，Pb进一步降低，出口截面处流速不会再增大，Pex不会再降低（曲线4,5）,这时的流动叫临界流动。10 .对于单相流，确定发生临界流的两个等价条件是：1）流速等于截面压力和温度下的声速，2）截面上游流动不受下游压力的影响。11 .流动不稳定性的概念及原因：在被加热液体发生相变的两相流动中，不均匀的体积变化可能导致流动不稳定性。流动不稳定这个名称的含义是指在一个热力一流体动力学耦合的两相系统中，流体受到某一微小扰动后会引起质量流量、压降和空泡份额以某一频率的常振幅或变振幅的振荡。这种现象与机械系统中的振动很相似。12 .流动不稳定性的主要类型：1）、水动力不稳定性；2）、并联通道的管间脉动；3）、流型不稳定性;4）、动力学不稳定性；5）、热振荡第五章反应堆稳态热工设计原理1 .反应堆热工设计准则（教材140页3点针对压水堆）2 .当不考虑在堆芯进口处冷却剂流量分配的不均匀，以及不考虑燃料元件的尺寸、性能等