《核反应堆热工分析》复习资料大全 .docx

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1、精品名师归纳总结第一章 绪论（简答）1. 核反应堆分类：按中子能谱分快中子堆、热中子堆按冷却剂分轻水堆 压水堆 ,沸水堆 、重水堆、气冷堆、钠冷堆按用途分讨论试验堆 :讨论中子特性、生产堆 : 生产易裂变材料、动力堆:发电舰船推动动力2. 各种反应堆的基本特点:3.压水堆优缺点：4.沸水堆与压水堆相比有两个优点：第一是省掉了一个回路，因而不再需要昂贵的蒸汽发生器。其次是工作压力可以降低。为了获得与压水堆同样的蒸汽温度，沸水堆只需加压到约72 个大气压，比压水堆低了一倍。5.沸水堆的优缺点：6. 重水堆优缺点：优点： 中子利用率高（主要由于D 吸取中子截面远低于H ） 废料中含 235U 极低，

2、废料易处理 可将 238U 转换成易裂变材料238U +n 239Pu239Pu + n A+B+n+Q 占能量一半 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结缺点： 重水初装量大，价格昂贵 燃耗线（ 8000 10000 兆瓦日 T（铀）为压水堆 1/3） 为削减一回路泄漏（因补D2O 昂贵）对一回路设备要求高7. 高温气冷堆的优缺点：优点： 高温，高效率（ 750 850，热效率 40） 高转换比， 高热耗值 （由于堆芯中没有金属结构材料只有核燃料和石墨，而石墨吸取中子截面小。转换比0.85， 燃耗 10 万兆瓦日 /T（铀） 安全性高（反应堆负温度系数大，堆芯热容量大，温度上升缓慢

3、，实行安全措施裕量大） 环境污染小 （采纳氦气作冷却剂， 一回路放射性剂量较低， 由于热孝率高排出废热少） 有综合利用的宽阔前景（假如进一步提高氦气温度 900时可直接推动气轮机。 1000时可直接推动气轮机热热效率大于50。 10001200 时可直接用于炼铁、化工及煤的气化） 高温氦气技术可为将来进展气冷堆和聚变堆制造条件8. 钠冷快堆的优缺点：优点： 充分利用铀资源239Pu + n A+B 2.6 个 n238U +1.6 个 n 1.6 个 239Pu（消耗一个中子使1.6 个 238U 转换成 239Pu ） 堆芯无慢化材料、结构材料，冷却剂用量少 液态金属钠沸点为895堆出口温度

4、可高于560 缺点： 快中子裂变截面小，需用高浓铀（达33） 对冷却剂要求苛刻，既要传热好又不能慢化中子，Na 是首选材料， Na 是活泼金属， 遇水会发生猛烈化学反应，因此需要加隔水回路9. 各种堆型的特点、典型运行参数其次章 堆芯材料挑选和热物性（简答）1. 固体核燃料的 5 点性能要求： 教材 14 页2. 常见的核燃料： 金属铀和铀合金、陶瓷燃料、弥散体燃料3. 挑选包壳材料，必需综合考虑的7 个因素： 包壳材料 的挑选中子吸取截面要小热导率要大材料相容性要好可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结抗腐蚀性能材料的加工性能 材料的机械性能 材料的抗辐照性能只有很少 的材料适合制

5、作燃料包壳， 铝、镁、锆、不锈钢、镍基合金、石墨。目前在压水堆中广泛应用的是锆合金包壳。4. 常见的包壳材料： 锆合金、不锈钢和镍基合金5. 挑选冷却剂要考虑的7 个要求： 冷却剂应有良好的导热性能和小的中子吸取截面，它与结构材料应有良好的相容性。冷却剂的化学稳固性要好，能在较高的温度下工作，以获得较高的热效率，价格应当廉价， 使用安全。 有时冷却剂和慢化剂用同一种物质。冷却剂将堆芯热量带出堆外以供利用，本身被冷却返回堆内重新循环6. 常见的冷却剂： 水和重水、钠、氦气7. 挑选慢化剂要考虑的要求及常见的慢化剂：教材 24-25 页第三章 反应堆稳态工况下的传热运算（简答+运算） 1.运算 :

6、 传热运算（热传导的运算：傅里叶定律）注：把握无内热源情形傅立叶定律：dTq = k dxk 为导热系数， W/m。它反映了该种物质导热才能的强弱。k 金属k 液k 气例题 1一块厚度 50 mm 的平板， 两侧表面分别维护在tw1=300 ，tw2=100 ， 试求以下条件下通过单位截面积的导热量：（ 1）材料为铜， 导热系数 k 374 W m.K 。2 材料为钢，导热系数k 36.3W mK 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解答：依据傅立叶定律qk dt dxqdxk0tw 2dttw 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结qktw 1t w 2可编辑资料

7、- - - 欢迎下载精品名师归纳总结qt w 1t w 2kq300100 K0.05m1.496106W / m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结374W / m K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 1） 材料为铜，k 374 Wm.K 代入得：300100 K52可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 2） 材料为钢，k 36.3 W m.K 代入得： q0.05m1.45610W / m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结36.3W / m K牛顿冷却公式：q = tw tf （ 为对流换热系数，W/m2 ）例题 2： 在一次测定

8、空气横向流过单根圆管的对流换热试验中，得到以下数据：管壁平均温度 tw 69，空气温度 tf 20，管子外径 d=14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率为 8.5W 。假如全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数为多大 .解答： 依据牛顿冷却公式：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结QF t wt fQ8.5W可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Ftwt f3.140.0140.08 6920 m2 K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结49.3W/ m2K可编辑资料 - - -

9、欢迎下载精品名师归纳总结例题 3对一台氟里昂冷凝器的传热过程作初步测算得到以下数据：管内水的对流换热 表面传热系数 1=8700 W m2K ，管外氟里昂蒸气凝聚换热表面传热系数 2=1800 W m2K ，换热管子壁厚 =1.5mm ，管子材料为导热系数k 383W mK 的钢。试运算：三个环节的热阻及冷凝器的总传热系数。欲增强传热应从哪个环节入手.分析时可把圆管当可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结成平壁处理。11解答：水侧换热热阻21.15104 m2K / W可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结18700W / mK可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总

10、结管壁导热热阻1.510 3 m3.92106 m2K /W可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结383W / m K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结蒸气凝聚热阻115.56104 m2K / W可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结21800W / m2 K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结h冷凝器的总传热系数：1111.1510 41k213.9210 65.5610 41480W / m2K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2. 教材 58 页：当量直径的运算3. 影响堆芯功率分布的因素有哪些及分别怎样影响的？（教材 31

11、页） 答： 燃料布置、掌握棒、水隙及空泡对功率分布的影响4. 什么是热管因子？教材 35 页5. 教材 42 页 ql、q、 qv 的物理意义6. 导热、放热、输热分别指什么？各遵循什么定律？（教材 42-49 页）7. 积分热导率的概念（教材 58 页）第四章反应堆稳态工况下的水力运算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 稳态工况下水力运算的3 个任务（教材 83 页）2. 稳态水力运算基本方程：质量守恒方程式连续性方程、动量守恒方程（教材84 页）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结-质量守恒方程式 连续性方程d VA0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归

12、纳总结 也就是VA常数=W ，我们把 W 称为质量流量，单位kg/s。 在流淌运算中，通常在某一段流道中，流通截面是不变的（例如在直径不变的一段圆管内流淌） ，就 V= 常数我们称 ，为质量流速，单位为kg/m2s，所以在等截面的流道中，得G=常数 动量守恒方程式 依据作用于微元体上的力应当等于其动量变化的原理，可得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 PA PdP AdA U h dZAdZ g sinVA V dVv 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 压力 壁面上的力 重力的分力 动量转变的力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 绽开上式，并略去微分

13、相乘量，可得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结d APUh dZAgsindZVAdV可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结- 假如流通截面不变，就上式可写为：dPU hg sinG dV可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dZAdZ 上式就是单相流体一维流淌的动量守恒方程式，式中Uh 为微元体的周界长度， 为壁面剪切应力。 能量守恒方程式 同样对上式微元体考虑能量平稳，可得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结d pv dUd 1 2V 2 d ZgsindqdW可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 压力能 内能 动能 位能 加入热量

14、 对外作功可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 令内能的变化dU 可以写成 dU=dq+dF-pdv ，式中， dF 为不行逆的摩擦缺失。当微元体对外不作功，即dW=0 ，就能量平稳式可写为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结vdPVdVgsindZdF0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 或dP dZdFgdZsinV dV dZdFg sin dZG dVdZ可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 上式即单相流体一维流淌的能量守恒方程式，即单相流体流淌中，动量守恒方程式和能量守恒方程式是相同的，同时可得，必需UhdF- 动量守恒方程和能量守

15、恒方程仍可表示成：AdZ可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dP fdPUhdZdFdPfdZdPeldZdPadZ可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dZAdZ,称为摩擦压降梯度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dP eldZg sin，称为提升（或重位）压降梯度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dP aGdVdZdZ，称为加速压降梯度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结.所以，流体在流道中流淌，且流道内无局部阻力件时，总的流淌压降由摩擦压降、提升压降和加速压降组成。3. 两

16、相流：两个物相在同一个系统内一起流淌称为两相流。4. 含汽量和空泡份额（把握教材 105 页 4-51、4-52 式）5. 一回路内的流淌压降（教材 118 页 分段运算）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结6. 堆芯冷却剂流量安排不匀称的4 个缘由（教材 118 页）7. 自然循环的基本概念：如回路中流体的循环流淌是依靠回路中流体本身的密度差所产生的驱动压头作为推动力， 这样的流淌称为自然循环流淌。（讨论教材 121 页图 4-20，图 4-21）Re ac to r Th erm alH yd rau lic s三、自然循环流量.明显，在自然循环情形下，p el , ii p

17、p = p t=0 ，于是有：p f , ip c , iii.如用 p d 表示驱动压头，p dp el , i ，用i p up 和 p do分别表示上升段内和下降段内的压降缺失之和，就p dp upp do.通常把克服了上升段压力缺失之后的剩余驱动压头称为有效压头 p e，这样就有.这样就得自然循环基本方程式 pe = p d - p up p e = p do8Re acto r Th erm al H ydraulics确定自然循环流量的方法是：驱动压头等于阻力压头假定释热功率不变，就流量增 大，导致出口温度下降，出口冷却剂的密度上 升，驱动压头下降，而阻力压降随着流量上升而增大。9

18、8. 课后习题：4-1 : 某一传热试验装置，包括一根由1.2m 长内径是 13mm 的垂直圆管组成的试验段。水从试验段顶部流出， 经过一个 90 度弯头后进入1.5m 长的套管式热交换器， 假设热交换器安装在水平管道的中间部分，水在管内流淌， 冷却水在管外逆向流淌。 热交换器的内管以及把试验段、 热交换器、 泵连接起来的管道均为内径为25mm 的不锈钢管。 回路高 3m，总长 18m， 共有四个弯头。 在试验段的进出口都假设有突然的面积变化。回路的运行压力是160 巴， 当260的水以 5m/s 的速度等温流过试验段时，求回路的摩擦压降。如试验段匀称加热， 使试验段的出口温度变为300，回路

19、的压降又是多少？假定这时热交换器内管的平均温度比管内水的平均温度低40。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4-2 : 某沸水反应堆冷却剂通道， 高 1.8m，运行压力为 48 巴，进入通道的水的过冷度为13， 离开通道时的含汽量为0.06，假如通道的加热方式是：1）匀称的和 2）正弦的（坐标原点取在通道的进口处） ，试运算它的不饱和沸腾段高度和饱和沸腾段高度（忽视过冷沸腾段和外推长度）。4-3 : 设有一个以正弦方式加热的沸腾通道（坐标原点取在通道的进口处），长 3.6m 运行压力 83 巴，不饱和沸腾段高度为1.2m，进口水的过冷度为15，试求该通道的出口含汽量和 空泡份额（忽

20、视过冷沸腾段） 。4-4 : 试运算由直径为 20mm 突然扩大至 50mm 的水平管中汽水两相流的静压力变化和压力缺失。假设系统的运行压力是10 巴，含汽量是 0.04，质量流速是 0.8kg/s 。4-5 : 试导出汽水两相流的空泡份额、真实含汽量 x 和滑速比 S 间的关系式。4-6 : 某一模拟试验回路的垂直加热通道，在某高度处发生饱和沸腾，已知加热通道的内径d=2cm，冷却水的质量流量为1.2 吨/时，系统的运行压力是100 巴，加热通道进口水焓为1214kJ/kg ，沿通道轴向匀称加热，热流量，通道长 2m。试用平稳态模型运算加热通道内流体的饱和沸腾起始点的高度和通道出口处的含汽量

21、。4-7 : 已知压水堆某通道出口、入口水温为320和 280，压力为15.5MPa ，元件外径为10.72mm ，活性段高度 3.89mm ，栅距 14.3mm，包壳平均壁温 320，当入口质量流速为时， 求沿程摩擦压降，加速压降，并加以比较。9. 临界流模型及临界流的特点：Re acto r Th erm alH ydraulics临界流模型假如上游压力P0 保持不变，并假定流体的温度和比容都是定值。当外部背压 Pb 下降到低于容器流体压力时曲线 1 ），流体便从通道内流出，并在通道内自p0 至通道出口压力Pex 之间建立一个压力梯度，这时Pex 等于Pb 。当 Pb 进一步降低时，Pex

22、 也随之下降，并等于变化后的Pb ，出口流速进一步增大（曲线2）。这个关系 始终保持到某一个值，在该Pb 值下通道出口处流速等于该处温度和压力下的声速时为止（曲线3）。此后，Pb进一步降低，出口截面处流速不会再增大， Pex 不会再降低（曲线4 ，5），这时的流淌叫临界流淌。2210. 对于单相流， 确定发生临界流的两个等价条件是：1）流速等于截面压力和温度下的声速，2）截面上游流淌不受下游压力的影响。11. 流淌不稳固性的概念及缘由：在被加热液体发生相变的两相流淌中，不匀称的体积变化可能导致流淌不稳固性。 流淌不稳固这个名称的含义是指在一个热力 流体动力学耦合的两相系统中， 流体受到某一微小

23、扰动后会引起质量流量、压降和空泡份额以某一频率的常振幅或变振幅的振荡。这种现象与机械系统中的振动很相像。12. 流淌不稳固性的主要类型：1）、水动力不稳固性;2、并联通道的管间脉动;3、流型不稳固性 ;4、动力学不稳固性;5、热振荡可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第五章反应堆稳态热工设计原理1. 反应堆热工设计准就（教材 140 页 3 点针对压水堆）2. 当不考虑在堆芯进口处冷却剂流量安排的不匀称，以及不考虑燃料元件的尺寸、性能等 在加工、安装、 运行中的工程因素造成的偏差，单纯从核方面考虑，堆芯内存在着某一积分功率输出最大的燃料元件冷却剂通道，即热管。同时堆芯内仍存在着某一

24、燃料元件表面热流 量最大的点，即 热点。热管： 积分功率输出最大的冷却剂通道。热点： 燃料元件表面热流量最大的点。认为： 热点位于热管内。 平均管 是一个具有设计的名义尺寸、平均的冷却剂流量和平均释热率的假想通道，反映整个堆芯的平均特性。（教材 141 页）3. 为了衡量各有关的热工参数的最大值偏离平均值的程度，引进了一个修正因子，这个修正因子就称为 热管因子 或热点因子 。它们是用各有关的热工 （或物理） 参数的最大值与平均值的比值来表示的。4. 烧毁比和最少烧毁比的概念（教材 167 页5-36、5-45、5-54）5. 降低热管因子和热点因子的途径： 核热管因子和热点因子：沿堆芯径向装载不同浓缩度的核燃料在堆芯四周设置反射层固体可燃毒物的适当布置以及掌握棒分组及棒位的合理确定。加硼水程热管因子和热点因子：合理掌握有关部件的加工及安装误差精细进行结构设计和堆本体水力模拟试验改善下腔室冷却剂流量安排加强相邻燃料元件冷却剂通道间的流体横向交混6. 大容积沸腾曲线（教材 159 页）7. 影响临界热流量的6 个因素：（教材 166 页）8. 单一通道模型的概念：（教材 168 页）9 堆热工设计目的（ 188）？核电站设计由哪几个部分组成？提高核电站经济效益有哪几个途径（ 189）？10.把握教材 194 页图 5-1811.失流事故概念可编辑资料 - - - 欢迎下载