第三章(堆传热过程).ppt

/ 核反应堆热工分析 3.6.1 棒状燃料元件 包壳外表面温度tcs(z)的计算 在求得tf(z)以后，可以根据对流换热求得tcs(z)： 由此可得： 若释热率按余弦分布，则有： 3.6.1 棒状燃料元件 包壳外表面温度tcs(z)的计算 包壳外表面最高温度表达式为： 对于大型压水堆，外推尺寸相对堆芯的高度来说很小，故取 则： 3.6.1 棒状燃料元件 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： 如图为管状燃料元件示意图,图中的是双面冷却的情况，为了简化计算，这里略去了元件的包壳，只考虑芯块的传热计算 3.6.3 管状燃料元件 求线功率 计算冷却剂的温度 内环： 外环： 内环： 外环： 3.3.2 核态沸腾传热 Bergles和Rohsenow根据实验数据得到过冷沸腾起始点的判据，对0.1~13.8MPa的水为： 联立求解，就可得到在一定流体温度下的沸腾起始点的q和 单相强迫对流传热方程： 3.3.2 核态沸腾传热 确定过冷沸腾起始点的位置的更为普遍的方法是把Jens-Lottes沸腾传热方程与单相强迫对流方程联合求解，得到如下关系式： ：按Jens-Lottes方程求得的壁面过热度 ：沸腾起始点的流体温度 其中： 即： 3.3.3 沸腾临界 特点：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 临界热流密度：达到沸腾临界时的热流密度 沸腾临界一般和发生沸腾临界时的流型有着密