核反应堆热工分析课件.ppt

/ 核反应堆热工分析 研究对象：压水堆 不同核素所释放出来的裂变能量是有差异的，一般认为取 铀棒内的显热和剩余中子裂变热大约在半分钟之内传出，其后的冷却要求完全取决于衰变热 包壳外表面温度tcs(z)的计算 3.6.1 棒状燃料元件 由计算所作曲线可得： 包壳外表面温度最大值出现在通道的中点和出口之间 冷却剂的温度：与释热量分布有关，越接近通道出口，升高越慢 膜温差：与线功率成正比，沿通道中间大，上下两端小 这是因为它要受两个变量的制约： 包壳内表面温度tcs(z)的计算 3.6.1 棒状燃料元件 包壳一般很薄，若忽略吸收γ、β以及极少量裂变碎片动能所产生的热量，则可以认为包壳内表面温度tci(z)的计算是无内热源的导热问题，则由圆筒壁型包壳的温差计算公式： 若线功率按余弦分布，则： 其中： 所以： 迭代法求解 燃料芯块表面温度tu(z)的计算 3.6.1 棒状燃料元件 燃料芯块表面温度可用下式计算： 其中： 式中kg为环形气隙中的气体热导率 燃料芯块中心温度t0(z)的计算 3.6.1 棒状燃料元件 若忽略轴向导热，燃料芯块的中心温度为： 其中： 由前面的计算可得： 燃料芯块中心温度t0(z)的计算 3.6.1 棒状燃料元件 若忽略轴向导热，燃料芯块的中心温度为： 其中： 由前面的计算可得： 式中： 燃料芯块中心温度t0(z)的计算 3.6.1 棒状燃料元件 燃料芯块的中心最高温度及其所在的轴向位置为： 和： 取 ，得： 3.6.1 棒状燃料元件 由计算所作曲线可得： to(z)的最大值所在的位置比tcs(z)的最大值所在的位置更接近于燃料元件轴向的中点位置 这是因为燃料芯块中心温度的数值受温差数值的影响更大，也就是因为： 燃料芯块中心温度t0(z)的计算 积分热导率的概念 3.6.1 棒状燃料元件 我们把　　　　称为积分热导率 燃料芯块的热导率Ku一般都与温度有关 对热导率大的材料： 采用算术平均温度下的Ku来估算燃料芯块的温度场,由此引起的误差不会太大 对热导率小的燃料： 必须考虑Ku值随燃料温度的变化,Ku随温度变化往往不是线性关系，要直接用它进行计算比较麻烦，因而往往把Ku对温度t的积分作为一个整体看待，而不直接做积分运算，这样既 可以简化设计计算，又可以减小计算结果 积分热导率的推导 3.6.1 棒状燃料元件 对于无包壳的棒状燃料元件芯块： 在稳态工况下，通过半径为r的等温面导出的热量等于半径为r的圆柱形芯块内释出的总热量 则： 整理得： 积分得： 当r=ru,t=tu,故有： 为温度tu和to间的积分导热率 积分热导率的推导 3.6.1 棒状燃料元件 对于无包壳的棒状燃料元件芯块： 通常积分导热率的数据是以 的形式给出，则： 同理，对于板状燃料元件芯块可以得到： 对于任何形状的燃料元件芯块可以得到： 积分热导率的概念 3.6.1 棒状燃料元件 积分热导率的数值可以通过实验测得 下表给出了二氧化铀的积分热导率与其温度的对应数值 图为一双面冷却、且冷却条件相同的板状燃料元件示意图，其芯块的导热是属于有内热源的固体导热问题，故可用下式描述： 3.6.2 板状燃料元件 边界条件： 假设芯块内的体积释热率是均匀的，且认为Ku是常 数，则上式的通解是： 可得： 3.6.2 板状燃料元件 板状燃料元件的包壳属于无内热源的固体导热问题 根据傅里叶定律： 可改写为： 积分得： 边界条件： 于是： 3.1.1 热传导微分方程 不同坐标下 的表达形式： 直角坐标 圆柱坐标 球坐标 当内热源均匀分布且体积释热率、热导率为常数，则芯块的中心和表面之间的温度差为： 3.1.2 有内热源的芯块的温度场 圆柱形燃料元件芯块的温度场 忽略轴向导热，则其导热微分方程为： 体积释热率 表面热流密度 线功率 3.1.2 有内热源的芯块的温度场 平板形燃料芯块的温度场 忽略轴向导热，则其导热微分方程为： 当内热源均匀分布且体积释热率、热导率为常数，则芯块的中心和表面之间的温度差为： 3.1.3 无内热源的包壳的温度场 平板形燃料芯块的温度场 由于燃料元件的包壳很薄，吸收 , 射线等产生的热量与从芯块传递给包壳的热量相比可以忽略不计，故可把包壳视为无内热源的导热处理 由傅里叶定律得： 对上式积分可得平板形包壳内外表面之间的温度差为： 3.1.3 无内热源的包壳的温度场 对于圆筒壁形包壳 由傅里叶定律得： 对上式积分可得平板形包壳内外表面之间的温度差为： 3.1.3 无内热源的包壳的温度场 颗粒燃料层的温度场（高温气冷堆） 其