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1、核反应堆热工分析实验指导书重庆大学动力工程学院二八年十月核反应堆热工分析实验要求实验项目数：4个 适应专业：核能专业课程总学时：64学时 课程总学分：2学分实验总学时：8学时 一、实验基础核反应堆热工分析综合实验是在学生学习和掌握了“传热学”、“工程热力学”、“工程流体力学”、“核反应堆结构与动力设备”、“核反应堆物理”、“核反应堆热工分析”等技术基础及专业基础课程后开设的综合型、设计型专业实验。二、实验类型、综合型实验1、单相强迫对流加热表面热流量和长度热流密度测量实验实验段表面热流量密度和长度热流密度的测定，通过测量实验段被加热流体进出口的温度计算得出加热段的表面热流密度和长度热流密度，并
2、与通过加热功率计算得出的表面热流密度和长度热流密度进行比较，求出相对误差。2、工质无相变对流换热系数测定实验根据实验1测得的加热段表面热流量，忽略向外界放热的管壁温度降落方程，计算得出管内外壁温差tw，之后根据管外布置的热电偶测得的管外壁温度(取算术平均值)可求出实验段内壁温度。根据测得的加热段表面热流量和工作段管内壁温度，利用牛顿冷却定律求得无相变条件下对流换热系数。、设计型实验3、两相流流型实验掌握气液两相流流型的划分，各种流型的特点，能够通过实验识别水平和垂直管内的两相流流型。4、两相流流阻测量实验掌握两相流流阻的测量方法，掌握差压传感器测量差压的仪表使用，熟悉全流和折算系数的数据处理。
3、三、实验要求：实验教学是整个教学过程的重要环节，和理论教学相辅相成。重视实验教学，提高实验教学质量，锻炼和培养学生分析问题和解决问题的能力是实验教学的重要任务。为规范实验教学，严格要求学生，实验课程要求如下：1、综合型、设计型实验要求学生在做实验一周以前，预习实验指导书，写出实验方案和实验实施步骤。实验课时交实验指导教师审阅，合乎要求者方可准予实验；2、要求实验指导教师严格登记参加实验学生名单，在安排的实验课程表时间内不来者视为缺席，给予一次补做机会；3、凡未完成实验课程者不能取得该课程学分。目 录核反应堆热工分析实验要求1核反应堆热工水力综合实验台4一、单相强迫对流加热表面热流量和长度热流密
4、度测量实验51.实验目的2.实验装置3.实验原理和方法4.实验数据处理二、单相强迫对流工作段管内壁温测定实验71.实验目的2.实验装置3.实验原理和方法4.实验数据处理三、工质无相变对流换热系数测定实验91.实验目的2.实验装置3.实验原理和方法4.实验数据处理四、两相流流型实验111.实验目的2.实验内容3.实验原理和方法4.水流量测量5.实验报告内容五、两相流流阻测量实验141.实验目的2.实验原理3.压降测量4.实验数据处理5.回归经验关系式6.实验报告参考文献18核反应堆热工水力综合实验台核反应堆热工水力实验回路如图1所示，实验系统主要由实验段、稳压器、加热和冷却系统、数据测量采集系统
5、和控制系统组成。设计压力1MPa，主管道尺寸为DN15，设计依据为GB150-1998。水平实验段和垂直实验段相同，加热电压小于12V，CHF计算依据圆管临界热流密度的计算方法操作不可超过此热流密度。该实验系统回路主要可以完成稳压器特性实验、模拟核电厂一回路压力条件下的单相及气液两相等传热流动特性实验。实验回路主要应用于核反应堆热工水力方面的教学和科研任务，承担完成研究生和本科生的教学实验。1-垂直实验段；2-预热器；3-文丘里管流量计；4-压力测点；5-温度测点；6-涡轮流量计；7-电加热稳压器；8-液位计；9-主泵；10-泵前水箱；11-电接点压力表；12-安全阀；13-水平实验段；14-
6、点焊热点偶；15-板式换热器；16-混凝器；17-喷淋电磁阀；18-实验段数据采集与控制模块；19-稳压器控制模块图1 核反应堆热工水力实验回路系统图实验1 单相强迫对流加热表面热流量和长度热流密度测量实验一、实验目的1、熟悉热工水力实验系统，掌握测温模块和传感器的原理和使用方法。2、掌握计算热流密度的方法。3、学会实验测量的误差处理方法。二、实验装置实验系统见图1。实验段分为水平实验段和垂直实验段。三、实验原理和方法实验段表面热流量密度和长度热流密度的测定是通过测量实验段被加热流体进出口的温度，并计算得出加热段的表面热流密度和长度热流密度，并与通过加热功率计算得出的表面热流密度和长度热流密度
7、进行比较，求出相对误差。加热功率QT可以通过加热电压（U）和电流（I）得出。其中：为散入大气中的自然对流换功率；为实验段的水的流量；为实验段出入口焓降；为水的定压比热；实验段水的出口温度；为实验段水的进口温度。如果忽略散入大气的自然对流换功率，则表面热流量可由下两式计算： (W/m2)考虑自然对流换功率则有： (W/m2)其中： ；为实验段管内径；为实验段长。相似的，长度热流密度可由下两式计算： (W/m2)考虑自然对流换功率则有： (W/m2)四、实验数据处理在表面热流密度和长度热流密度的测定实验中，如果忽略自然对流换功率则得到，否则得到，因此建议对两者进行对比分析，求出相对误差。相对误差为
8、：表1 数据记录出口温度进口温度出进口温差出口压力进口压力水平实验段垂直实验段实验2 单相强迫对流工作段管内壁温测定实验一、实验目的:1、熟悉热工水力实验系统，掌握测温模块和传感器的原理和使用方法。2、掌握计算单相强迫对流工作段内壁温度测量的方法。3、学会实验测量的误差处理方法。二、实验内容根据实验1测得的加热段表面热流量，根据忽略向外界放热的管壁温度降落方程，计算得出管内外壁温差，之后根据管外布置的热电偶测得的管外壁温度(取算术平均值)可求出实验段内壁温度。三、实验原理和方法通过实验确定和测出相关参数，根据忽略向外界放热的管壁温度降落方程（壁的温度降度），计算出外内壁温差管壁的温度降落方程：
9、 （）其中：为实验段外内壁温差；为实验段表面热流密度；为实验段管外半径；为实验段管内半径；为实验段的管壁导热系数，由100时16.33 W/(mK)和300时18.84 W/(mK)的值对所需值进行内差法求得。得到后则由：得出：四、实验数据处理实验中应记录的数据见表1。表1 数据记录温度测点1温度测点2温度测点3温度测点4平均温度水平实验段垂直实验段思考：1、实验中的误差来源？如何计算？实验3工质无相变对流换热系数测定实验一、实验目的:1、熟悉热工水力实验系统，掌握测温模块和传感器的原理和使用方法。2、掌握计算工质无相变对流换热系数的测定方法。3、学会实验测量的误差处理方法。二、实验内容根据实
10、验1和2分别测得的实验段表面热流量和管内壁温度，利用牛顿冷却定律求得无相变条件下对流换热系数。三、实验原理由牛顿冷却定律公式知： (W/m2K)其中：；，为实验段当量直径，本系统为管内径；为实验段长度；为管内壁温度；管内流体平均温度，本实验取定性温度，即选取工质在实验段进出口温度的算术平均值，则：四、实验数据处理实验中应记录的数据见表1。思考：1、本次实验的误差来源？如何处理？2、如何计算？3、准则方程函数关系如何确定？提示：由方程分析法得出准则方程式，在相似理论的指导下，通过实验确定具体函数关系。我们把准则之间的关系往往近似的表示成指数函数的形式。其中，c，n，m为待定的系数和指数。因为令，
11、故公式两边取对数得到：实验测得几组数和数表示在对数坐标图上，将为一条直线，从而很容易确定A和n，再接着求出C和m。表1 数据记录流体流量出口温度进口温度管内壁温度表面热流量水平实验段垂直实验段实验4 两相流流型实验一、实验目的: 1. 熟悉台架,掌握流量测量仪表的使用； 2. 观察水平管中不同流型的特点； 3. 根据各工况点实验数据绘制曲线。二、实验内容实验测量数据：(1) 测取不同情况下气相，液相流量；记录(2) 判别流型要求：(1) 实验数据汇总表；(2) 绘制曲线(3) 根据实验数据用Weisman图判别流型三、实验原理和方法体积含气率根据各工况点的实验数据计算1)、b:其中：P,T试验
12、段中压力及水温；,测得的空气压力及温度；浮子流量计读数.V由频率表测得的频率读数计算得到，由涡轮流量变送器测量。2)、X:式中:M”=V” G=V”标准状态下压力、温度；(.) (空气在标准状态下)M”=V由试验段压力P,t查水及水蒸气表；3).、W及W(汽相折算流速,液相折算流速)(d=25mm)4)、(修正系数):(pq)一般p=1.2,d=25mm,取.四、水流量测量在本台架中,水流量用涡轮流量变送器测量，下面介绍一下其测量容积流量的原理。涡轮流量变送器的外壳用非磁性材料制成，用以固定与保护内部零件，并与管道连接。导向件用以稳定液流或气流方向。其上装有轴承以支承叶轮叶轮用导磁系数较小的材
13、料制成。叶轮中心有轴承。其作用是借助于通过的液体（或气体）的动能使叶轮转动，作为流量受元件。叶轮上方装有电磁感应转换器，它由线圈与永久磁铁组成。叶轮转动时，使转换器中磁路的磁阻发生变化而产生电脉冲讯号。由转换器产生的不小于10mv的电讯号经前放大器放大到不小于6v。尔后输送至显示仪表。在测量范围内变送器脉冲频率与容积流量成正比。这个比值称为仪表常数。用“”表示。即(仪表常数)仪表常数由制造厂经标定并填写在产品合格证中。一般变送器的仪表常数都是在常温下用水或空气标定而得，不同的界质，不同的变送器产值不同。本台架中 LW25,次/升.V=1.6;涡轮流量变送器的使用与安装：1、应在产品合格证提供的流量范围内使用本台架:V=1.6,则f使用范围:f=54340.2、必需水平安装；3、前后应有稳定段；管内径等于涡轮流量计内径。前:.4、使用半年后需标定标定流量计，容积法，称重法.
