《反应堆热工分析课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反应堆热工分析课程设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、核反应堆热工分析课程设计学 生：杨伟学 号：20094271指导教师：陈德奇专 业：核工程与核技术完成时间:2012年7月5日重庆大学动力工程学院二O一二年六月 Word 资料1 设计目的 通过本课程设计，达到以下目的：(1) 深入理解压水堆热工设计准则；(2) 深入理解单通道模型的基本概念、基本原理。包括了解平均通道（平均管）、热通道（热管）、热点等在反应堆热工设计中的应用；(3) 掌握堆芯焓场的计算并求出体现反应堆安全性的主要参数；烧毁比DNBR，最小烧毁比MDNBR，燃料元件中心温度t0及其最高温度t0,max，包壳表面温度tcs及其最高温度tcs,max等；(4) 求出体现反应堆先进性
2、的主要参数：堆芯流量功率比，堆芯功率密度，燃料元件平均热流密度（热通量），最大热流密度，冷却剂平均流速，冷却剂出口温度等；(5) 通过本课程设计，掌握压水堆热工校核的具体工具；(6) 掌握压降的计算；(7) 掌握单相及沸腾时的传热计算。 2 设计题目某压水堆的冷却剂和慢化剂都是水，用UO2作燃料，用Zr-4作燃料包壳材料。燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，采用正方形排列。已知参数如表1所示：表1：序号反应堆主要参数No.31系统压力 P 15.5MPa2堆芯输出热功率 Nt 3016 MW3冷却剂总流量 W 68500t/h4反应堆进口温度 tfin 292.45堆芯高度 L 3.66m6燃料组
3、件数 m 1577燃料组件形式n0n017178每个组件燃料棒数 n 2649燃料包壳外径dcs9.5mm 10燃料包壳内径dci8.36mm 11燃料包壳厚度 c 0.57mm12燃料芯块直径 du8.19mm13燃料棒间距（栅距）s 12.6mm 14两个组件间的水隙 0.8mm 152UO芯块密度 UO2 95%理论密度16旁流系数 5%17燃料元件发热占总发热的份额 Fa 97.40%18径向核热管因子 FRN 1.3519轴向核热管因子 FZN 1.520热流量核热点因子 FqN=FRN*FZN 2.02521热流量工程热点因子FqE1.0322焓升工程热管因子 FHE（未计入交混因
4、子）1.14223交混因子 FHmE0.9524焓升核热管因子 FHN=FRN1.3525堆芯进口局部阻力系数 Kin 0.7526堆芯出口局部阻力系数 Kout 127堆芯定位隔架局部阻力系数 Kgr1.05将堆芯自下而上分为6个控制体，其轴向归一化功率分布如表2所示：表2：堆芯归一化功率分布自下而上控制休号123456Phi.10.480.981.611.541.010.383 计算过程及结果分析3.1流体堆芯出口温度(平均管) Cp按15.5MPa下流体平均温度tf =(tf,out + tf,in)/2查表得。假设出口温度为320，则tf=（292.4+320）/2=306.2，差得C
5、p=5.836KJ/Kg。 由于 |320 -320.246|0.5 满足条件3.2燃料棒表面平均热流密度q q=FaNt/F总 W/m2式中F总为堆芯内燃料棒的总传热面积 F总= mndcsL m2燃料棒表面最大热流密度qmax qmax= qFqNFqE W/m2燃料棒平均线功率 ql ql=qdcsLL=qdcs W/m燃料棒最大线功率ql，max ql，max=qlFqNFqE W/m根据以上已知的公式查表可计算得：F总= mndcsL= 1572640.00953.66=4527.493 m2q=FaNt/F总= 0.9743016000000/4527.493=648832.385
6、 W/m2qmax= qFqNFqE= 648832.3852.2051.03=1353302.15 W/m2ql=qdcsLL=qdcs= 648832.385 0.0095=19364.4706 W/m ql，max=qlFqNFqE=19364.47062.2051.03=40389.4446 W/m3.3平均管的情况 平均管的流速 V=WefAff=W（1- ）Aff式中，堆芯内总流通面积Af= m(n0n0) S2-4dcs2+4(n0S)2n0为燃料组件内正方形排列时的每一排（列）的燃料元件数。f由压力以及流体的平均温度tf查表得到：f=1v根据以上公式，查表有：Af= m(n0n
7、0) S2-4dcs2+4(n0S)2= 15717*17*(0.0126*0.0126-3.14159*0.0095*0.0095/4)+(4*17*0.0126*0.00057/2) =4.0256 m2f=1v=713.0373895 Kg/m3V=WefAff=W（1- ）Aff=685000.954.0256713.0373.6=6.2975 m/s3.4为了简化计算，假定热管内的流体流速Vh和平均管的V相同。（实际上，应按照压降相等来求。热管内流体流速要低一些）。则Vh=V同样，热管四根燃料元件间组成的单元通道内的流量 Wh=W（1- ）AfAb Ab=S2-4dcs2所以，根据查
8、表一及以上算出的数据可以得出： Ab=S2-4dcs2=0.01262-40.00952=8.787810-5 m2 Wh=W（1- ）AfAb=685000.954.02568.787810-5=1.42056 t/h3.5热管中的计算（1） 热管中的流体温度：tf.hz=tf.in+qFRN（FHEF HmE)dcsWhCp0z（z）dz自下而上控制休号123456Phi.1(z)0.480.981.611.541.030.38上述公式中，对于每一控制体，只有两个变量比热容Cp和0z(z)dz，一般采用迭代法，可求的对于每一个控制体的出口为温度 tf,h(z).而但对于每一个控制体的高度Z
9、=i*L/6，通道长度为Li=L/6。第一控制体出口温度tf，h（L/6）=310时，平均温度tf=301.2, 在压力P=15.5MPa下 ，查核反应堆热工分析附录-5，用插值法可求的Cp值，按上述公式算出口温度如下：tf.hz=tf.in+qFRN（FHEF HmE)dcsWhCp0z（z）dz=292.4+648832.385W/m21.351.030.00951.42056 m/s5.53143874KJ/Kg0.483.66m/6=296.204553216481再将得出的温度值带回公式计算，迭代几次，满足|tf，h* -tf，h|0.5为止。可得tf，out=296.5096583
10、954，tf=294.4548291977，平均温度下Cp=5.12077915900873 KJ/(Kg. )同理可求得：第二控制体，tf，out=304.342805319118，第三控制体：tf，out=315.958089043401第四控制体：tf，out=325.980709114068第五控制体: tf，out=332.107290336826第六控制体: tf，out=334.334002118654出口处包壳外壁温度： tcs.hz=tf.hz+f.hz1 =tf.hz+qFqN FqEh(z) =tf.hz+qFRN (z)FqEh(z)式中：h(z)可以用Nu=h(z)D
11、ek(z)= 0.023Re0.8Pr0.4来求。所以，h(z)= 0.023Re0.8Pr0.4k(z)De式中：Re=GDe=WhAbDe De=4AbU=4(S2-4dcs2)dcs流体的k(z)、（z）和Pr数根据流体的压力和温度由表查得。如果流体已经达到过冷沸腾，用Jens-Lottes公式： tw-ts=25(qFRN(z)FqE106)e-(p6.2)作为判别式。 f,h(z)2=twz-tf.hz=(twz-ts)+(ts-tf.hz) =25qFRNzFqE106e-p6.2+(ts-tf.hz)当 f,h(z)1 f,h(z)2时，用 f,h(z)2代替 f,h(z)1 根
12、据以上公式，由压力15.5MPa和第一控制体流体出口温度tf，out= 296.5096583954下，查核反应堆热工分析附录-4，用插值法可求= 82.7781110-6Pa.s,查附录-6用插值法可求K(L/6)= 0.5333784 W/(m),查附录-1，用插值法可求Pr=0.916390731539由上述公式可求得 Ab=87.877875625 mm2 De=0.0117778611433935 m 所以 Re=GDe=WhAbDe = 1.42056 t/h0.0117778611433935 m/（87.877875625 mm2 0.0117778611433935 m =6
13、38895.431832063由Nu=h(z)Dek(z)= 0.023Re0.8Pr0.4来求得：h(z)= 0.023Re0.8Pr0.4k(z)De= 0.023638895.4318320630.8（0.916390731539）0.40.5333784 W/(m)0.0117778611433935 m=44347.8869710167 W/m2第一控制体出口处包壳外壁温度：tcs.hz=tf.inz+f.hz1=292.4+648832.385W/m21.351.030.483.66m/（644347.8869710167 W/m2）=306.274648709703同理可求得：第二控制体，tcs.h(z)= 324.798495876569，第三控制体：tcs.h(z)= 347.044421870365第四控制体：tcs.h(z
