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反应堆热工第三章2023/5/11核科学与技术学院1第1 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院2反应堆内热量的输出过程一、堆内导热过程有内热源圆柱型元件有内热源板状元件无内热源圆筒壁无内热源板状元件二、堆内对流换热强制对流第2 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院3二、堆内对流换热自然对流换热沸腾换热三、堆内输热过程第3 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院4一、堆内导热过程（1）1）导热微分方程的导出（略）第4 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院5一、堆内导热过程（2）2）具有内热源导热问题（圆柱型燃料棒）两种求解方法，注意边界条件燃料元件内温度分布 燃料芯块内外表面温差第5 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院6一、堆内导热过程（3）燃料芯块能量守恒关系燃料元件又如何表示？第6 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院7一、堆内导热过程（4）均匀内热源平板形燃料元件积分两次，边界条件对平板形元件第7 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院8一、堆内导热过程（5）3）无内热源稳态导热问题对平板形包壳对圆筒壁包壳第8 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院9二、堆内的对流换热过程（1）牛顿加热或冷却公式沿燃料元件径向方向对圆柱形燃料元件温差=？对流换热系数？第9 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院10二、堆内的对流换热过程（2）1、强迫对流换热影响因素：工质性质、流动性质以及管道结构计算管内对流放热系数的主要方法Dittus-Boelter 方法Sieder-Tate 方法第10 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院11二、堆内的对流换热过程（3）D-B 公式适用条件1、流态限制2、物性限制3、流体被加热4、较低温压5、无须考虑入口效应Sieder-Tate 公式1、Re要求：1042、物性限制：Pr=0.73、定性温度4、无须考虑入口效应第11 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院12二、堆内的对流换热过程（4）棒束流道内对流换热（水纵向流过平行棒束）威斯曼方法其中常数C与栅格结构有关正方形栅格：1.1P/d1.3三角形栅格：1.1P/d1.5第12 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院13二、堆内的对流换热过程（5）棒束流道内对流换热（水纵向流过平行棒束）无限栅格方法第13 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院14二、堆内的对流换热过程（6）2、自然对流换热 自然对流：由于流体内部密度梯度引起流体的流动 自然循环：闭合回路内由于流体密度沿空间分布形成的驱动压头驱动所实现的流动 通常情况下，引起自然对流或形成自然对流的原因在于流体温度沿空间上不均匀第14 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院15二、堆内的对流换热过程（7）影响对流换热的特性的因素：第15 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院16二、堆内的对流换热过程（7）自然对流放热系数计算方法基于实验的经验半经验关系式竖壁定热流-霍尔曼方法第16 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院17二、堆内的对流换热过程（8）竖壁定热流-米海耶夫方法第17 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院18二、堆内的对流换热过程（9）横管自然对流平均放热系数横管自然对流-米海耶夫方法第18 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院19二、堆内的对流换热过程（9）3、沸腾放热n 现代压水反应堆设计考虑p 平均通道p 热通道n 在现代压水反应堆设计中允许堆内出现沸腾工况（饱和、欠热）n 沸腾工况的出现对反应堆的影响第19 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院20二、堆内的对流换热过程（10）沸腾型式流动沸腾大容积沸腾沸腾状态饱和沸腾过冷沸腾高、低欠热沸腾第20 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院21二、堆内的对流换热过程（11）沸腾曲线特征点：ONBFDBD（CHF）第21 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院22二、堆内的对流换热过程（12）第22 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院23二、堆内的对流换热过程（13）n AB 段p 不沸腾区（单相区）n BC 段p 核态沸腾区n D 点p DNB 点或第一类CHF 点n DE 段p 过渡沸腾区n EF 段p 膜态沸腾区第23 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院24二、堆内的对流换热过程（14）2、流动沸腾第24 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院25二、堆内的对流换热过程（15）泡核沸腾传热计算詹斯-罗特斯（Jens-Lottes）关系式汤姆（Thom）关系卡特莱纳-鲍尼拉（Castellana-Bonilla）关系式第25 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院26我国和前苏联水力计算方法 第26 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院27Chen 方法其中分别采用D-B，Foster-Zuber 方法计算两项换热系数第27 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院28二、堆内的对流换热过程（18）沸腾通道中的ONB 点（成核条件）力学条件热力学条件第28 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院29二、堆内的对流换热过程（19）流动沸腾发展液体温度壁面温度流动型式空泡份额第29 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院30二、堆内的对流换热过程（20）沸腾过程中特征点的确定方法ONB点FDB点（或NVG点）对应于高欠热沸腾 对应于低欠热沸腾第30 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院31二、堆内的对流换热过程（21）ONB点确定办法泡化方程-（Bergles&Rohsenow Correlation）传热方程詹斯-罗特斯（Jens-Lottes）关系式第31 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院32二、堆内的对流换热过程（22）ONB点确定办法输热方程-圆形管道或者，第32 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院33二、堆内的对流换热过程（23）FDB点或者NVG 点确定Saha-Zuber方法第33 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院34二、堆内的对流换热过程（24）沸腾临界是指由于沸腾机理发生变化引起放热系数的陡降，导致受热面的温度急剧升高的现象 刚刚达到沸腾临界时的热流密度称为临界热流密度或临界热负荷DNB或DRYOUT型第34 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院35影响临界热负荷的因素1）冷却剂质量流密度的影响2）含气率x的影响3）冷却剂压力的影响4）入口欠热度的影响5）通道入口段长度第35 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院36第36 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院37第37 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院38第38 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院39第39 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院40三、堆内输热过程（1）堆内输热过程：当冷却剂流过堆芯时，将堆内裂变过程中释放的热量带出堆外的过程第40 页，本讲稿共41 页2023/5/11核科学与技术学院41三、堆内输热过程（2）开口系统稳定流动，能量方程对稳定运行反应堆第41 页，本讲稿共41 页