目录一、设计任务 1二、课程设计要求 2三、计算过程 2四、程序设计框图 8五、代码说明书 9六、热工设计准则和出错矫正 10七、重要的核心程序代码 11八、计算结果及分析 17设计任务某压水反应堆的冷却剂及慢化剂都是水，用二氧化铀作燃料，用Zr-4作包壳材料燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，正方形排列已知下列参数：系统压力15.8MPa堆芯输出功率1820MW冷却剂总流量32100t/h反应堆进口温度287°C堆芯高度3.66m燃料组件数121燃料组件形式17X17每个组件燃料棒数265燃料包壳直径9.5mm燃料包壳内径8.36mm燃料包壳厚度0.57mm燃料芯块直径8.19mm燃料棒间距（栅距）12.6mm芯块密度95%理论密度旁流系数5%燃料元件发热占总发热的份额97.4%径向核热管因子1.35轴向核热管因子1.528局部峰核热管因子1.11交混因子0.95热流量工程热点因子1.03焓升工程热管因子1.085堆芯入口局部阻力系数0.75堆芯出口局部阻力系数1.0堆芯定位隔架局部阻力系数1.05若将堆芯自上而下划分为 5 个控制体，则其轴向归一化功率分布如下表：堆芯轴向归一化功率分布（轴向等分 5 个控制体）自上而下控制体号12345归一化功率分布0.481.021.500.960.48通过计算，得出1. 堆芯出口温度；2. 燃料棒表面平均热流及最大热流密度，平均线功率，最大线功率；3. 热管的焓，包壳表面温度，芯块中心温度随轴向的分布；4. 包壳表面最高温度，芯块中心最高温度；5. DNBR 在轴向上的变化；6. 计算堆芯压降；二、课程设计要求1．设计时间为两周； 2．独立编制程序计算； 3．迭代误差为 0.1%； 4．计算机绘图；5．设计报告写作认真，条理清楚，页面整洁； 6．设计报告中要附源程序。
三、计算过程目前，压水核反应堆的稳态热工设计准则有：（1） 燃料元件芯块内最高温度应低于其相应燃耗下的熔化温度目前，压水堆大多采用UO2作为燃料二氧化铀的熔点约为2805 ±15°C, 经辐照后，其熔点会有所降低燃耗每增加104兆瓦•日/吨铀，其熔点下降32C 在通常所达到的燃耗深度下，熔点将降至2650C左右在稳态热工设计中，一般 将燃料元件中心最高温度限制在2200〜2450C之间2） 燃料元件外表面不允许发生沸腾临界通常用临界热流密度比DNBR来定量地表示这个限制条件DNBR是根据堆 内某处燃料元件周围的冷却剂状态使用专门的计算公式而得到的临界热流密度 与该处燃料元件表面的实际热流密度的比值oDNBR随堆芯通道的长度是变化的, 在整个堆芯内，DNBR的最小值称为最小DNBR，用MDNBR或DNBRmin表示为 了确保燃料元件不烧毁，当计算的最大热功率下，MDNBR不应低于某一规定值 如果计算热流密度的公式没有误差，则当MDNBR=1时，表示燃料元件表面要发 生沸腾临界若该公式存在误差，则MDNBR就要大于1例如，W-3公式的误差 为23%,所以当使用W-3公式计算DNBR时，就要求MDNBR三1.3。
3） 在稳态额定工况下，要求在计算的最大热功率下，不发生流动不稳定 性对于压水堆，只要在堆芯最热通道出口附近冷却剂中的含气量不大于某一数 值，就不会发生流动不稳定性4） 必须保证正常运行工况下燃料元件和堆内构件能得到充分冷却；在 事故工况下能提供足够的冷却剂以排出堆芯余热本计算根据《核反应堆热工分析》课程设计指导书中的计算提示，采用简单的C语言编程计算将堆芯沿轴向划分为五个等分控制体进行计算以下是计算过 程:3.1堆芯流体出口温度（平均管）tf , outFa . Nt=t +°cf ,in W .(1 — g ). Cp— 厂二-（t +1 ）Cp按流体平均温度f 2 f向f皿 以及压力由表中查得3.2燃料表面平均热流密度 = Fa.Nt / F总 W/m2式中尸总为堆芯燃料棒的总传热面积F =m.n.ii .d .L总 cs m2燃料棒表面最大热流密度qmaxq = q.FN .Femax q q w/m2燃料棒平均线功率qi—qJi .d .Lq = cs一 = q.兀.dW/m燃料棒最大线功率ql,maxl L csw/mm/sA m.( n .n )f 0 0兀7、5P 2 一一d2+ m4(n .s')«4 cs02」q =可.F n .F el ,max l q q3.3平均管的情况平均管的流速vWf W(1—GfA .厂 A .p-式中，堆芯内总流通面积n为燃料组件内正方形排列时的每一排（列）的燃料元件数 0—— 1_ P f = V~Pf由压力以及流体的平均温度tf查表得到： f3.4为简化计算起见，假定热管内的流体流速V和平均管的V相同。
实际上, h应该按照压降相等来求热管内的流体流速要小一些）则V=Vh同样，热管四根燃料元件组成的单元通道内的流量兀A = S2 — d2b 4 cs3.5热管中的计算（按一个单元通道计算）（1）热管中的流体温度t = t + q・FN ・(FAH ・FeJ 兀匕 j z T( z)df，h (z) f，加 W Cp 0 zW Cp h 2)第一个控制体出口处的包壳外壁温度t = t + Ao cs,h(z) f ,h( z) f ,h( z)1q.FN .fe=t + q q/，h(z) h( z)q.FN,(p (z).Fe=t + R q_f，h (z) h( z)h(z)DNu = e = 0.023Re 0.8 Pro.4式中：h(z)可以用 k(z) 来求h( z) = O.O23Reo・8Pro・4. SDe所以，式中：G.D W DRe = e = h ・——ey A yb流体的 k(z)、兀4 A 4( S 2 — d 2)D =竺= 」e U 兀dcsU(z)和Pr数根据流体的压力好温度由表查得k=入传热系数)如果流体已经达到过冷沸腾，用 Jens-Lottes 公式：t — t = 25w'q.FN,(p(z)・FeR q1060.25.e V 62= (t (z)—t )+ (t wsAo = t (z)— tf,h(z)2 w f,h(z)=25'q.FN,(p (z)Fe、0・25R q106"I右丿'一'f,h(PAO当 f ,h(z )AOf ,h(z)2 时，用前面的式子A0f, h(z)AO当 f ,h(z)2(3)第一个控制体出口处的包壳内壁温度A O ( 代替 A O2 时，用 f ,h(z 2t = t + Aoci, h(z) cs, h (z) c, h (z)q.FN .Fe q( z)=t + R q Incs,h(z) 2冗 k(zC(d ]―c^Id •丿cik = 0.00547 xC.8x厂 + 32)+13.8式中：Zr-4的c c厂(z)= U (z)+1 )c 2 cs ci(z)W/m. °C(4)第一个控制体出口处的UO芯块外表面温度2~q.F n f eq (zt = t + u , h ( z ci,h(zd + d -兀 ci. u .h2 g(5)第一个控制体出口处的U0芯块中心温度2用积分热导求解的方法，即() () Q.FnFe・e(Z)J to,h(z) k (t) dt = J tu ,h(z)k (t) dt + R q 0 u 0 u 4k其他2个控制体的计算方法相同，重复上述过程即可。
3. 6热管中的 DNB,h(z)用w-3公式计算，同样对3个控制体都算3.7DNBR 的计算q () q ( )DNBR =_ dn? , h £) = DNBihk!^^q (z) q.FN.Fe,(p (z)Rq3.8 计算热管中的压降 3.9 单相流体的摩擦压降ApL p V 2D 2eG 2 V式中：iso(0.316 \4I Reo.25 丿(P w2丿0.6单相流体加速压降：单相流体提升压降：Ap =p.g .L = Pin + Poutel.g.LAp = k局部压降，出口out outp V 2out out2outG2vout2ApinV2in inG2vininin进口：Ap定位格架出口压降：=kp V2gr=kgrgrgrG2 1 (v + v )2 out in2其中，比容v按相应的流体压力和温度，由表查得四、程序设计框图否|1R|〈0.001tf估算控制体出口温度 tf 计算控制体出口温度e根据W-3算临界热 流包壳内表面温度J是计算包壳外表面温计算该处含汽 量 打印输出值芯块表面温芯块中心温 —度—计算有关堆参计算烧毁比读输入参数重估tf五、代码说明书本代码主要由五个小部分组成。
堆芯出口温度计算、堆热流量计算、堆平均 参数计算、第一至第六控制体各量计算、热管的压降计算1）堆芯出口温度计算： 此段根据任务书给出的基本参数和热量与流量之间关系，运用迭代的算法， 求出堆芯的出口温度2）堆热流量计算： 先根据堆芯的输出功率和释热率以及总的传热面积，求出燃料元件表面平均 热流量，再根据热管因子求出最大热流量再求出平均线功率和最大线功率3）堆平均参数计算：根据基本的尺寸，求出堆体的流通截面积和一个栅元的流通截面积然后再 求出流经栅元的流量依据上面的温度结果，查出热物性参数，再求出冷却剂的 流速4）第一至第五控制体的各量计算： 因为五个控制体的计算过程类似，这里只说明第一个控制体的计算过程在 现有的参数下，根据热流量与流量的关系和迭代算法，。