《反应堆热工水力学ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反应堆热工水力学ppt课件（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 燃料元件传热分析燃料元件传热分析4.1 燃料元件导热过程4.2 气隙导热为什么要分析温度分布为什么要分析温度分布n为什么要分析温度分布为什么要分析温度分布q首先，要保证在任何情况下不会发生燃料元件首先，要保证在任何情况下不会发生燃料元件熔化熔化q第二，第二，热应力热应力，高温下的蠕变和脆裂，高温下的蠕变和脆裂q第三，包壳表面和冷却剂的第三，包壳表面和冷却剂的化学反应化学反应也与温度密切相关也与温度密切相关q最后，燃料和慢化剂的温度变化会引入最后，燃料和慢化剂的温度变化会引入反应性反应性的变化的变化 7/19/20242传热分析影响燃料元件内温度场的因素影响燃料元件内温度场的因素n发热功率发
2、热功率是决定元件内温度场的首要因素是决定元件内温度场的首要因素n不同的元件和包壳不同的元件和包壳材料材料也会导致不同的温度场也会导致不同的温度场n冷却剂冷却剂的流动状态以及温度状态的流动状态以及温度状态n释热率与温度场是互相释热率与温度场是互相耦合耦合的的7/19/20243传热分析4.1 芯块和包壳导热计算芯块和包壳导热计算n傅里叶导热定律 n导热基本方程 n稳态的导热方程？16:29:524导热空间微元体分析空间微元体分析 16:29:535x方向微元体分析微元体分析16:29:536微元体能量守恒微元体分析微元体分析问: 热水瓶内的2kg水用1000W热得快烧大概需要几分钟？16:29:
3、537微元体能量守恒简化方法简化方法 n困难所在：热导率是温度的函数困难所在：热导率是温度的函数n简化方法之一：简化方法之一：q定常热导率定常热导率 k=const16:29:538热导率简化简化方法简化方法 n困难所在：热导率是温度的函数n简化方法之二：q定常热导率q平均热导率平均热导率16:29:539热导率简化简化方法简化方法 n困难所在：热导率是温度的函数n简化方法之三：q定常热导率q平均热导率q积分热导率积分热导率Kirchoff变换变换16:29:5310热导率简化积分热导率积分热导率 t / Ik / (Wcm-1)t / Ik / (Wcm-1)1008.49120053.41
4、20015.44129855.8430021.32140558.4040026.42156061.9550030.93173866.8760034.97187668.8670038.65199071.3180042.02215574.8890045.14234879.16100048.06243281.07110050.81280590.0016:29:5311积分热导率定常热导率法分析定常热导率法分析 无穷大均匀发热的平板元件无穷大均匀发热的平板元件16:29:5412燃料内包壳内导热问题包壳内导热问题16:29:5413包壳内-无内热源认识热阻认识热阻 16:29:5414热阻圆柱形燃料元
5、件圆柱形燃料元件-芯块内芯块内16:29:5415圆柱形圆柱形燃料元件圆柱形燃料元件-包壳内包壳内16:29:5516圆柱形用积分热导率法分析燃料棒用积分热导率法分析燃料棒16:29:5517积分热导用积分热导率法分析燃料棒用积分热导率法分析燃料棒思考：思考：同样线功率密度同样线功率密度的情况下燃料的情况下燃料芯块中心温度和芯块中心温度和燃料棒直径燃料棒直径有关吗？有关吗？16:29:5518积分热导- 径向裂纹，不太影响径向导热径向裂纹，不太影响径向导热紧密接触紧密接触包壳和芯包壳和芯块开始块开始“亲密接触亲密接触”燃料棒的最终形态燃料棒的最终形态1234.2 气隙传热气隙传热16:29:5
6、519气隙气隙导热模型气隙导热模型 n混合气体的热导率n理想气体热导率 氦气A=15.8，氩气A=1.97， 氪气A=1.15，氙气A=0.72 7/19/202420传热分析7/19/202421传热分析接触导热模型接触导热模型 nhg=5678 W/（m2K） 7/19/202422传热分析4.3 燃料元件传热燃料元件传热 7/19/202423传热分析热阻示意图 7/19/202424传热分析例4-1假设一个假设一个PWR燃料组件的某一点，燃料组件的某一点，冷却剂平均温度为冷却剂平均温度为305，线功率密度为线功率密度为17.8kW/m，燃料包壳外直径为燃料包壳外直径为9.5mm，包壳厚
7、度为包壳厚度为0.57mm，气隙厚度为气隙厚度为0.08mm，假如燃料的平均热导率假如燃料的平均热导率ku=3.6W/（m），），包壳的平均热导率包壳的平均热导率kc=13W/（m），），求该点处燃料芯块中心温度。求该点处燃料芯块中心温度。7/19/202425传热分析7/19/202426传热分析7/19/202427传热分析小结小结n傅里叶导热定律出发得到傅里叶导热定律出发得到导热方程导热方程q微元体微元体分析方法分析方法q热导率处理方法热导率处理方法n定常热导率，平均热导率，定常热导率，平均热导率，积分热导率积分热导率n燃料元件导热分析燃料元件导热分析q通解通解+边界条件边界条件=定解定
8、解q从平板过渡到从平板过渡到圆柱圆柱q热阻热阻模型模型q气隙气隙传热模型传热模型n燃料芯块燃料芯块中心温度中心温度计算计算7/19/202428传热分析作业作业n4.1 某反应堆的圆柱形燃料元件，芯块热导率为k = 1+3 e-0.0005t，芯块直径为8.5 mm，已知某点芯块表面温度为400，表面热流密度为1.7 MW/m2，计算该点的芯块中心温度。n4.2 试计算下图中复合墙的平均热流密度。（假设是一维的）q已知：热壁表面温度370 q冷壁面温度66 。qB和D的面积相等，各层的厚度见图。qA，B，C，D区的热导率分别为nA-150 W/(m )nB-30 W/(m )nC-50 W/(m )nD-70 W/(m )7/19/202429传热分析作业作业n4.3 推导一维无内热源的球型包壳的热流密度公式：n4.4 压水堆UO2燃料棒的外直径为10.45mm，芯块直径为9.53mm，包壳热导率为19.54W/（m），厚度为0.41mm，热点处包壳表面温度为342，包壳外表面热流密度为1.395106W/m2，试求满功率时热点处芯块的中心温度。7/19/202430传热分析
