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1、反应堆热工水力复习提纲第一章1、UO2的优缺点，UO2熔点和热导率随燃耗的变化关系。答：UO2的优点：1. UO2熔点高，使反应堆可以高温运行，给反应堆提供了达到高热效率的可能性；2. UO2有很好的化学惰性，与冷却水、锆包壳的相容性很好且它几乎与水不发生任何反应（假如包壳损坏了，这种惰性就很有必要了）；3. UO2没有同素异形体，不会发生金属铀的“肿胀”现象，允许有较深的燃耗，燃料后处理和再加工比较容易。UO2的缺点：1.热导率低、在热梯度或热震下的脆性等。限制燃料的高温运行。另外包壳材料的熔点及传热性能则进一步限制着陶瓷材料的高温运行。2.核燃料的密度低，限制了反应堆参数进一步提高。UO2
2、的熔点和热导率均随着燃耗的加深而不断减小。2、水作为冷却剂的优缺点？包壳主要作用，压水堆一般采用什么做包壳材料？有何特点？为什么锆-4燃料棒包壳材料是决定压水反应堆冷却剂最高出口温度的主要因素？答：水的优点：轻水具有良好的热物性，价格便宜，唧送功率小；水的缺点：中子吸收截面大，沸点低、存在沸腾临界、在高温下有腐蚀作用。包壳主要作用：1.防止燃料受到冷却剂的化学腐蚀；2.防止燃料的机械冲刷；3.减少裂变气体向外释放；4.保留裂变碎片。压水堆一般采用锆-2、锆-4合金和M5合金。锆合金优点：1.锆合金具有中子吸收截面小；2.在压水堆的运行工作条件下具有良好的机械性能和抗腐蚀性能；缺点：1.吸氢脆化
3、的趋势，这两种合金除了吸氢性能外其余性能都很相似。在相同条件下，锆-4合金的吸氢率只有锆-2合金的二分之一到三分之一；2.另外，温度超过1300K会发生强烈的锆水反应产生H2（Zr+2H2O=ZrO2+2H2）；3.高温下耐腐蚀性差。锆-4燃料棒包壳材料是决定压水反应堆冷却剂最高出口温度的主要因素是因为锆合金和高温水接触，经过一定天数后，腐蚀速率会突然增加。为了防止锆合金高温腐蚀破坏燃料元件的完整性，考虑到不确定性因素和安全裕量，冷却水的温度需要限制，因而提高反应堆冷却剂出口温度便受到了限制。第二章3、U-235裂变产生的能量及分布？影响反应堆功率的因素？答：U-235每次核裂变释放出来的总能
4、量平均约为200MeV，一般用Ef表示此值，即Ef=200MeV。目前绝大部分的堆都采用圆柱形堆芯，圆柱形的均匀裸堆，热中子能量分布在高度方向（轴向）上为余弦分布，半径方向上为零阶贝塞尔函数分布。影响反应堆功率的因素：（1）燃料装载的方式；（2）控制棒的棒位；（3）水隙和空泡的含量；（4）结构材料的扰动。4、热流密度核热管因子、径向核热管因子、轴向核热管因子。答：热流密度核热管因子FqN=热通道的最大热流密度堆芯平均通道的平均热流密度=qmaxq=0；径向核热管因子FRN=热通道的平均热流密度堆芯平均通道的平均热流密度；轴向核热管因子FzN=热通道的最大热流密度热通道的平均热流密度。5、停堆后
5、的热源包括哪三项，为什么反应堆停堆后还要对堆芯进行冷却？采用哪些措施带出停堆后余热？答：停堆后的热源包括：1.剩余中子引起的裂变；2.裂变产物的衰变；3.中子俘获产物的衰变。停堆后继续释放的功率虽然只有稳态满功率的百分之几，但其绝对值却仍然是一个不小的数字。例如一个热功率为2000MW的压水堆，其2%的热功率仍然有40MW。这么大而且持久的释热功率，如果不能及时输出到堆芯外，就有可能使堆芯熔化。所以在反应堆停堆以后，必须继续对堆芯冷却，以便带走这些热量。将余热带出堆芯的措施：（1）通过主冷却剂系统排出停堆后的释热；（2）通过安注系统排出停堆后的释热；（3）增加主循环泵的转动惯量；（4）依靠自然
6、循环流动来冷却堆芯。第三章6、画出控制壁温时大容积沸腾曲线图，并指出各主要点和换热区域？ 7、在DNB型和蒸干两种沸腾临界现象哪种危害更大？为什么？答：DNB型沸腾临界现象危害更大，因为DNB机理的特点是在壁面形成蒸汽膜覆盖壁面，使液体不能接触壁面，从而使传热恶化，造成壁温急剧升高，以至于可能使壁面立刻烧毁。而蒸干由于蒸汽流速较高，其传热能力并不太低，因而壁温上升不很剧烈，一般不会使壁面立刻烧毁。8、在压水堆燃料芯块的核反应释热量传输到冷却剂，按顺序排列需经过哪些主要传热过程？答：将堆芯内燃料芯块核反应释放的热量传输到反应堆外，依次经过燃料元件的导热、包壳外表面与冷却剂之间的传热和冷却剂的输热
7、三个过程。9、牛顿内摩擦定律：四点假设答：1.与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比；2.与接触的面积F成正比；3.内摩擦力Fw与流体的粘性成正比关系；4.与接触面上压强P无关。10、泡核沸腾几种主要传热机理是什么？答：一.汽化潜热传热：液体微层迅速蒸发，从而急速地从壁表面取热，导致表面温度Tw迅速下降。当微层蒸发完，由于向蒸汽的传热较差而又使Tw升高。在此期间，在汽泡和过热液体层之间的界面上也发生着蒸发，这两种蒸发构成了第一种传热机理，即汽化潜热传热，它们促进了汽泡的长大；二.汽液置换传热：当汽泡脱离加热壁面时，它携带走大部分过热液体层，外层冷液体流向并浸湿壁面，从而使Tw突然下降，这就
8、是第二种传热机理，即汽液置换传热，它是主要传热机理之一；三.微对流传热：过热液体边界层又重新建立，Tw又上升。在汽泡生长（推开液体）和汽泡脱离（扰动液体）时，都会引起近壁液体的随机性运动，形成微对流，这就是第三种传热机理，即微对流传热，它也是主要传热机理之一。11、影响临界热流密度的因素有哪些？答：1.质量流密度G；2.含汽率xE；3.压力p；4.进口欠热度；5.通道进口段长度；6.加热表面粗糙度。第四章12、试推导出积分热导率的表达式？答：积分热导率表达式：0t0ku(t)dt=0tukutdt+ql4。推导过程：对于无包壳的棒状燃料元件芯块：燃料元件芯块的半径为ru，高度为L，体积释热率q
9、v是常量，热量只沿半径方向导出，且在所有的方向上都相等。r为半径的圆柱面单位时间内导出的热量：Q=-kuFdtdr=-ku2rLdtdr，以r为半径的圆柱形芯块单位时间内的总释热量Q=r2Lqv，在稳定的工况下，显然Q=Q，即-ku2rLdtdr =r2Lqv，于是化简整理得：-kudt=12qvrdr，再积分得：-t0tkudt=14qvr2，式中：t是半径为r处的温度，当r=ru时，t=tu，故有：tut0kudt=14qvr2=qlru2ru24=ql4，通常积分导热率的数据是以0t0ku(t)dt的形式给出，所以由上有：0t0ku(t)dt=0tukutdt+tut0kudt=0tuk
10、utdt+ql4。13、若轴向热流密度呈余弦函数变化，画出冷却剂、包壳表面和燃料中心的温度分布？标出最大值所处位置？若轴向热流密度均匀分布，最大值出现在什么位置？答：冷却剂、包壳表面和燃料中心的温度分布如图所示（最大值所处位置已标出）。若轴向热流密度均匀分布，温度最大值出现在堆芯出口处。14、热屏蔽的一般布置在堆芯的什么位置？起何作用？热源分布如何?温度最大值出现在什么位置？答：热屏蔽一般布置在堆芯和压力壳之间。热屏蔽作用：吸收来自堆芯的强辐射（射线、中子流），使压力壳和生物屏蔽所受到的辐射不超过允许值。热屏蔽中的热源按指数衰减规律分布，所以射线能量的90%是在热屏蔽靠近堆芯一侧的10%厚度所
11、吸收。热屏蔽的最高温度位置位于靠近堆芯的一侧。第五章15、什么是水锤？防止水锤的方法有哪些？答：在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停车）使水的流速突然发生变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水击或水锤。防止水锤的方法：1.截止阀慢开慢关；2.对不易慢开慢关的阀门，可采用小流量旁通阀（先开旁通阀，再开截止阀；先关截止阀，再关旁通阀）。16、什么是流动系统流动含汽量、空泡份额和滑速比，并写出它们之间的关系。滑速比对空泡份额和体积含汽量的影响？答：流动系统流动含汽量：静态含汽量：蒸汽的质量与汽液混合物总质量的比值；真实含汽量x：蒸汽的质量与汽液混合
12、物总质量流量的比值；平衡态含汽量：混合物焓与液体饱和焓的差和汽化潜热的比值。空泡份额：蒸汽的体积与汽液混合物总体积的比值。滑速比S：蒸汽的平均速度与液体的平均速度的比值。它们之间的关系：=11+1-xxvLvGS（vL、vG分别为液相、汽相比体积）。滑速比对空泡份额和体积含汽量的影响：空泡份额=11+1-xxGLS，体积含汽量=11+1-xxGL。滑速比S1，则；滑速比S1，则；当且仅当S=1时，=。17、计算两相流压降的基本模型包括哪些？定义和基本假设条件是什么？各适合哪种流型？答：计算两相流压降的基本模型包括均匀流模型和分离流模型。均匀流模型：假设两相均匀混合，把两相流动看作为某一个具有假
13、想物性的单相流动，该假想物性与每一个相的流体的特性有关。均匀流模型的假设如下：（1）汽相和液相的流速相等（S=1）；（2）两相之间处于热力学平衡态（TG=TL）；（3）两相流的摩擦因子使用单相流的公式计算。均匀流模型适用于泡状流和滴状流。分离流模型：假设两相完全分开，把两相流动看作为各相分开的单独流动，并考虑相间的作用。分离流模型假定：（1）汽液两相流速各自保持不变；（2）两相间处于热力学平衡态；（3）应用经验关系式计算两相计算摩擦压降倍数；（4）应用经验关系式计算空泡份额。分离流模型适用于环状流。18、临界流的概念？短通道临界流几种方式的特点？答：临界流概念：流体自系统中流出的速率不再受下游
14、压力下降的影响时，这种流动称为临界流或阻塞流，对于单相流也称声速流。短通道临界流有三种方式，特点如下：孔板（L/D0）：液体流过孔板时，停留时间短，突然汽化发生在孔道外面，孔道内不存在两相流，因而不存在临界压力，观察不到临界流动。短管（0L/D3）：液体流径直角锐边进口的短管时，液体突然加速造成收缩，仅在液体表面发生汽化，内部为亚稳态液芯射流。短管（3L/D12）：亚稳态液芯在通道下游碎裂发生急剧汽化，导致一个高压脉动，从而造成流动阻塞。19、对于流体静力学不稳定性（流量漂移），其流动稳定性准则是什么？提高流动稳定性措施有哪些？答：流动稳定性准则：（pd）m（pt）m。提高流动稳定性措施：1.
15、系统不在水动力特性曲线（pt）m0下运行，若必须运行在负斜率区，则必须采用大流量下压头会大大下降的水泵；2.通过加节流件、提高压力、减小入口水过冷度等方法使水动力曲线趋于稳定，即消除曲线中AB段。20、何谓自然循环？自然循环对压水堆核电站的安全运行有什么作用？影响水堆核电站自然循环驱动压头的因素有哪些？答：1）自然循环是指在闭合回路内依靠热段（上行段）和冷段（下行段）中的流体密度差所产生的驱动压头来实现的流动循环2）当失去强迫循环，这时自然循环对维持堆芯的衰变热导出具有重要意义，它可以堆芯为热源，以蒸汽发生器为冷源，导出余热。3）水堆核电站自然循环驱动压头的因素有： 下降段与上升段密度差（密度差越大，驱动压头提高）； 循环回路的高度（高度越大，驱动压头提高）； 上升段含汽率（含汽率升高，驱动压头提高）。21、目前计算长通道临界流主要有哪些模型？有何特点？答：通常为L/D12的通道当作长通道，目前计算长通道临界流主要有均匀平衡模型和滑移平衡模型。均匀平衡临界流模型（HEM）特点：认为汽液两相间处于热力学平衡状态，相间无滑移，两相混合物可看作具有某种平均物性的单相流体，流动是等熵的，得到的临界流量偏低，适合于长通道和含汽量较高的情况。滑移平衡临界流模型特点：根据福斯克实验数据，临界压力
