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1、7 反应堆稳态热工设计反应堆稳态热工设计7.1 热工设计准则 7.2 热管因子 7.3 单通道设计方法 7.4 自然循环计算14:31:07单通道2单通道选取的选取的一个一个具有代表性的通道具有代表性的通道它与相邻通道之间没有动量、质量和能量的交换它与相邻通道之间没有动量、质量和能量的交换被看成是孤立的、封闭的被看成是孤立的、封闭的分析方法分析方法首先对冷却剂的一维质量、动量和能量方程进行求解，首先对冷却剂的一维质量、动量和能量方程进行求解， 得到冷却剂得到冷却剂流速、温度和压降流速、温度和压降再对燃料棒表面和冷却剂之间传热计算，得到再对燃料棒表面和冷却剂之间传热计算，得到包壳外包壳外 表面温
2、度表面温度然后对燃料元件进行传热计算，得到燃料元件然后对燃料元件进行传热计算，得到燃料元件中心最中心最 高温度高温度14:31:07单通道方法3一维流动方程质量动量能量mm0Gtz+=2 mmmm m mem2fGGGGpgtzzD+= ()()mmhm mmmm mem2zfGGqPGpphG htzAtzD+=+14:31:07单通道方法4动量方程求解边界条件三种边界条件：出口和入口的压力边界条件入口流量和出口压力边界条件入口压力和出口流量边界条件是否可能有多个流量能够满足守恒方程组 ？14:31:07单通道方法5加热通道内稳定单相流情况动量方程2 mmmm m mem2fGGGGpgtz
3、zD+= 2 mmm m memdd dd2GGGpfgzzD= outoutinin22 mmmm inoutm mmemoutindd2zzzzfGGGGppzg zD=+加速压降14:31:07稳定单相流6加热通道内稳定单相流情况动量方程2 mmmm m mem2fGGGGpgtzzD+= 2 mmm m memdd dd2GGGpfgzzD= outoutinin22 mmmm inoutm mmemoutindd2zzzzfGGGGppzg zD=+摩擦压降14:31:07稳定单相流7加热通道内稳定单相流情况动量方程2 mmmm m mem2fGGGGpgtzzD+= 2 mmm m
4、 memdd dd2GGGpfgzzD= outoutinin22 mmmm inoutm mmemoutindd2zzzzfGGGGppzg zD=+提升压降14:31:07稳定单相流8加热通道内稳定单相流情况动量方程2 mmmm m mem2fGGGGpgtzzD+= 2 mmm m memdd dd2GGGpfgzzD= outoutinin22 mmmm inoutm mmemoutindd2zzzzfGGGGppzg zD=+()()mm inoutoutinformloutin el2fGGppzzpg zzD= +14:31:07稳定单相流9例7-1 PWR堆芯压降计算假设可忽略
5、定位格架与出入口压力损失假设流体均匀地通过堆芯并且没有沸腾参数热功率为3411MW，压力15.5 MPa入口温度286，出口温度324轴向平均线功率17.8kW/m燃料棒数50952根堆芯总流量17.4Mg/s燃料包壳外直径9.5mm，包壳厚度0.57mm，气隙0.08mm， 栅距12.6mm，棒长4.0m，活性区高度3.66m计算试求从入口到出口压降14:31:07稳定单相流10例7-1 PWR堆芯压降计算定性温度o286324305 C2+=14:31:07稳定单相流11例7-1 PWR堆芯压降计算定性温度水物性 3 m31704 2kg/m1 4201 10.=691 7 10 Pa s
6、. =6 143kJ/kg Kpc.=14:31:07稳定单相流12例7-1 PWR堆芯压降计算定性温度水物性质量流密度dp222212.69.587.88mm44zApd=3 2 m617.4 103880.4kg/m s50592 87.88 10mzqGnA=14:31:07稳定单相流13例7-1 PWR堆芯压降计算定性温度水物性质量流密度雷诺数dpf e w44 87.8811.8mm9.5ADP=()me653880 4 0 0118 91 7 104 98 10ReG D.=14:31:07稳定单相流14例7-1 PWR堆芯压降计算定性温度水物性质量流密度雷诺数摩擦系数dp0133
7、4. 0184. 02 . 0=Ref14:31:07稳定单相流15例7-1 PWR堆芯压降计算定性温度水物性质量流密度雷诺数摩擦系数压降dp()()mm inoutoutinloutin el2fGGppzzg zzD= +20.01334 3880.44704.2 9.8 42 0.0118 704.2 484282760576033 Pa= + =+=14:31:07能量方程求解16能量方程求解()()mmhm mmmm mem2zfGGqPGpphG htzAtzD+=+m mhd dzhG AqPz=( )md dmlhqqzz=14:31:07能量方程求解17能量方程求解假设：1）
8、释热率余弦分布2）物性为常数积分：Le2-Le2L 2-L2z=0(z)ql(z)( ),0 ecosllzqzqL=min( )m,0/2edcosdhzzmlhLzqhqzL=( )md dmlhqqzz=14:31:07能量方程求解18冷却剂温度单相流：物性是常数：出口处：min( )m,0/2edcosdhzzmlhLzqhqzL=min( ),0/2edcosdTzzmplTLzq cTqzL=,0e min ee( )sinsin2lmpqLzLTzTq cLL=+,0e outmin e2sin22lmpqLLLTTTq cL=+,0 outin2lmpq LTTq c+14:3
9、1:07能量方程求解19包壳外表面温度传热方程：热流代入Tm(z) ：问题：如何求包壳外表面最高温度？( )( )( )( )com hlqzh TzTzq zP=( )( ),0 com coecos2lqzTzTzR hL=+( ),0 ecosllzqzqL=( )e coin,0 eecoe1sinsincos22l mpLzLzTzTqq cLLR hL=+14:31:07最高温度20包壳外表面的最高温度极值条件( )e coin,0 eecoe1sinsincos22l mpLzLzTzTqq cLLR hL=+0ddco=zT0dd2co2 zTccoee2tanmpzR L h
10、 Lq c=ecoe c2arctanmpLR L hzq c=2 co 2d0?dT z14:31:07最高温度21燃料芯块中心温度回顾第四章( )e clin,0 eeco ,0 cocciggfesinsin21111lncos2224l mplLzLTzTqq cLLRzqR hkRR hkL=+qT0TciTco 燃料包壳T0TuTciTuTm间隙TcoTm1/4ku1/2Ruhg1/2Rcohln(Rco/Rci) 2kc14:31:07最高温度22轴向温度分布Le2-Le2L 2-L20zql(z)TTinToutTciTcoTclTci,maxTco,maxTcl,max14:
11、31:07最高温度23燃料芯块中心温度1eco fe cocciggf1111arctanln2224mpLRzLq cR hkRR hk=+( )e clin,0 eeco ,0 cocciggfesinsin21111lncos2224l mplLzLTzTqq cLLRzqR hkRR hkL=+14:31:07温度计算24例7-2 PWR堆芯温度计算假设忽略外推高度对流传热系数和热导率保持常数：燃料热导率 2.163 W/（m）,包壳热导率 13.85 W/（m）对流传热系数 34.0 kW/（m2）,气隙等效传热系数hg = 5.7kW/（m2）参数热功率为3411MW，压力15.5
12、 MPa入口温度286，出口温度324轴向平均线功率17.8kW/m燃料棒数50952根堆芯总流量17.4Mg/s燃料包壳外直径9.5mm，包壳厚度0.57mm，气隙0.08mm，栅距12.6mm，棒 长4.0m，活性区高度3.66m计算试求包壳的最高温度和燃料中心最高温度14:31:07温度计算25例7-2 PWR堆芯温度计算冷却剂温度,0e min ee( )sinsin2lmpqLzLTzTq cLL=+17.83.66=286sin1295.99.9sin0.341 6.143 3.663.66zz+=+14:31:07温度计算26例7-2 PWR堆芯温度计算冷却剂温度包壳最高温度3c
13、3.6634.0 9.5 103.66arctanarctan0.6m6.143 0.341mpLDLhzq c=( )e coin,0 eecoe1sinsincos22l mpLzLzTzTqq cLLR hL=+3 0.6 0.63.66 sin1cos3.663.66286 17.8 0.341 6.1432 9.5 1034+=+ ()0 .316858. 083. 08 .17286=+=14:31:07温度计算27例7-2 PWR堆芯温度计算冷却剂温度包壳最高温度燃料中心最高温度f3.6623.660.341 6.143arctan0.014m4.75ln1114.18 4.75 340.013854.14 5.72 0.002163z = +14:31:07温度计算28例7-2 PWR堆芯温度计算冷却剂温度包壳最高温度燃料中心最高温度( )e clin,0 eeco ,0 cocciggfesinsin21111lncos2224 0.014 0.014286 17.8 0.556 sin145.99cos3.663.66l mplLzLTzTqq cLLRzqR hkRR hkL=+ =+o1114.7 C=14:31:07单通道
