《核反应堆热工分析》复习资料大全2280.docx

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1、第一章 绪论（简答）1. 核核反应堆分分类： 按中子能谱谱分 快中子子堆、热中中子堆按冷却剂分分轻水水堆(压水堆,沸水堆)、重水堆堆、气冷堆堆、钠冷堆堆按用途分研研究试验堆堆:研究中子子特性、生生产堆: 生产易裂裂变材料、动动力堆:发电舰船船推进动力力2.各种反反应堆的基基本特征:3.压水堆堆优缺点：4.沸水堆堆与压水堆堆相比有两两个优点：第一是省省掉了一个个回路，因因而不再需需要昂贵的的蒸汽发生生器。第二二是工作压压力可以降降低。为了了获得与压压水堆同样样的蒸汽温温度，沸水水堆只需加加压到约772个大气气压，比压压水堆低了了一倍。 5.沸水堆堆的优缺点点：6.重水堆堆优缺点：优点： 中子利用

2、用率高（主主要由于DD吸收中子子截面远低低于H） 废料中含含235UU极低，废废料易处理理 可将2388U 转换换成易裂变变材料 238UU + n 239PPu 2239Puu + nn A+B+n+Q(占能量一一半)缺点： 重水初装装量大，价价格昂贵 燃耗线（88000100000兆瓦日日T（铀）为为压水堆11/3） 为减少一一回路泄漏漏（因补DD2O昂贵贵）对一回回路设备要要求高7.高温气气冷堆的优优缺点：优优点： 高温，高高效率（7750850，热效率率40） 高转换比比，高热耗耗值（由于于堆芯中没没有金属结结构材料只只有核燃料料和石墨，而而石墨吸收收中子截面面小。转换换比0.885，

3、 燃耗10万兆瓦瓦日/T（铀） 安全性高高 （反应应堆负温度度系数大，堆堆芯热容量量大，温度度上升缓慢慢，采取安安全措施裕裕量大） 环环境污染小小（采用氦氦气作冷却却剂，一回回路放射性性剂量较低低，由于热热孝率高排排出废热少少） 有综合利利用的广阔阔前景（如如果进一步步提高氦气气温度 900时可直接接推动气轮轮机；11000时可直接接推动气轮轮机热热效效率大于550；1000012000时可直接接用于炼铁铁、化工及及煤的气化化） 高温氦气气技术可为为将来发展展气冷堆和和聚变堆创创造条件8.钠冷快快堆的优缺缺点：优点点： 充分利用用铀资源 239PPu + n A+BB2.6个n 2388U +

4、 1.66个n 1.6个239PPu （消消耗一个中中子使1.6个238UU 转换成成239PPu ） 堆芯无慢慢化材料、结结构材料，冷冷却剂用量量少 液态金属属钠沸点为为895堆出口温温度可高于于560 缺点： 快中子裂裂变截面小小，需用高高浓铀（达达33） 对冷却剂剂要求苛刻刻，既要传传热好又不不能慢化中中子，Naa是首选材材料，Naa是活泼金金属，遇水水会发生剧剧烈化学反反应，因此此需要加隔隔水回路9.各种堆堆型的特点点、典型运运行参数第二章 堆堆芯材料选选择和热物物性（简答答）1.固体核核燃料的55点性能要要求：教材材14页2.常见的的核燃料：金属铀和和铀合金、陶陶瓷燃料、弥弥散体燃料

5、料3.选择包包壳材料，必必须综合考考虑的7个个因素：包包壳材料的的选择 中子吸收截截面要小 热导率要大大 材料相容性性要好 抗腐蚀性能能 材料的加工工性能 材料的机械械性能 材料的抗辐辐照性能 只有很少的的材料适合合制作燃料料包壳，铝铝、镁、锆锆、不锈钢钢、镍基合合金、石墨墨。目前在在压水堆中中广泛应用用的是锆合金金包壳。4.常见的的包壳材料料：锆合金金、不锈钢钢和镍基合合金5.选择冷冷却剂要考考虑的7个个要求：冷冷却剂应有有良好的导导热性能和和小的中子子吸收截面面，它与结结构材料应应有良好的的相容性。冷冷却剂的化化学稳定性性要好，能能在较高的的温度下工工作，以获获得较高的的热效率，价价格应该

6、便便宜，使用用安全。有有时冷却剂剂和慢化剂剂用同一种种物质。冷冷却剂将堆堆芯热量带带出堆外以以供利用，本本身被冷却却返回堆内内重新循环环6.常见的的冷却剂：水和重水水、钠、氦氦气7.选择慢慢化剂要考考虑的要求求及常见的的慢化剂：教材244-25页页第三章 反反应堆稳态态工况下的的传热计算算（简答+计算）1.计算: 传热计计算（热传传导的计算算：傅里叶叶定律） 注：掌掌握无内热热源情况 傅立立叶定律： dT q = k dx k为导热系系数，W/m。它反映映了该种物物质导热能能力的强弱弱。k金属 k液 k气例题1 一块厚度度50 mmm的平板板，两侧表表面分别维维持在tww1=3000，tw2=

7、100 ，试求下下列条件下下通过单位位截面积的的导热量：（1）材料为为铜，导热热系数k374 W(m.KK)；(2)材料料为钢，导导热系数kk 36.3W(mKK)。解答：根据傅立叶叶定律 （1）材料料为铜， k374 W(m.KK)代入得得：（2）材料料为钢， k36.33 W(m.KK)代入得得：牛顿冷却公公式： qq = a ( twwtf ) （a为对流换换热系数，W/m2）例题2： 在一次测测定空气横横向流过单单根圆管的的对流换热热试验中，得得到下列数数据：管壁壁平均温度度tw69，空气温温度tf20，管子外外径d=114mm，加加热段长880mm，输输入加热段段的功率为为8.5WW

8、。如果全全部热量通通过对流换换热传给空空气，试问问此时的对对流换热表表面传热系数为多大大?解答：根据据牛顿冷却却公式： 例题3 对一台氟氟里昂冷凝凝器的传热热过程作初初步测算得得到以下数数据：管内内水的对流流换热表面面传热系数数1=87700 WW(m2K)，管管外氟里昂昂蒸气凝结结换热表面面传热系数数2=18800 WW(m2K)，换换热管子壁壁厚=1.55mm，管管子材料为为导热系数数k383WW(mKK)的钢。试试计算：三三个环节的的热阻及冷冷凝器的总总传热系数数；欲增强强传热应从从哪个环节节入手?分析时可可把圆管当当成平壁处处理。解答： 水侧换热热热阻管壁导热热热阻蒸气凝结热热阻 冷凝

9、器的总总传热系数数：2.教材558页：当当量直径的的计算3.影响堆堆芯功率分分布的因素素有哪些及及分别怎样样影响的？ （教材材31页）答：燃料布布置、控制制棒、水隙隙及空泡对对功率分布布的影响 4.什么是是热管因子子？ (教教材35页页)5.教材442页qll、q、qqv的物理理意义6.导热、放放热、输热热分别指什什么？各遵遵循什么定定律？ （教材442-499页）7.积分热热导率的概概念 （教教材58页页）第四章 反应堆堆稳态工况况下的水力力计算1.稳态工工况下水力力计算的33个任务 （教材883页）2.稳态水水力计算基基本方程：质量守恒恒方程式连续性方程程、动量守守恒方程（教教材84页页）

10、- 质量守恒恒方程式连续性方方程 也就是 VA常数数 =W，我我们把W称为质量量流量，单单位kg/s。 在流动计算算中，通常常在某一段段流道中，流流通截面是不变的的（例如在在直径不变变的一段圆圆管内流动动），则 V=常数我们称，为质量流流速，单位位为kg/m2ss，所以在在等截面的的流道中，得得 G=常数 动量守恒方方程式 根据作用于于微元体上上的力应该该等于其动动量变化的的原理，可可得 展开上式，并并略去微分分相乘量，可可得- 如如果流通截截面不变变，则上式式可写为： 上式就是单单相流体一一维流动的的动量守恒恒方程式，式式中Uh为微元元体的周界界长度，为壁面剪剪切应力。 能量守恒方方程式 同

11、样对上式式微元体考考虑能量平平衡，可得得 令内能的变变化dU可以写写成dU=dq+ddF-pddv，式中中，dF为不可可逆的摩擦擦损失。当当微元体对对外不作功功，即dWW=0，则则能量平衡衡式可写为为： 或 上式即单相相流体一维维流动的能能量守恒方方程式，即即单相流体体流动中，动动量守恒方方程式和能能量守恒方方程式是相相同的，同同时可得，必必须- 动量量守恒方程程和能量守守恒方程还还可表示成成：,称为摩摩擦压降梯梯度；，称为提提升（或重重位）压降降梯度；，称为加加速压降梯梯度。 所以，流体体在流道中中流动，且且流道内无无局部阻力力件时，总总的流动压压降由摩擦擦压降、提提升压降和和加速压降降组成

12、。3.两相流流：两个物物相在同一一个系统内内一起流动动称为两相相流。4.含汽量量和空泡份份额 （掌掌握教材1105页 4-511、4-552 式）5.一回路路内的流动动压降 （教教材1188页 分分段计算）6.堆芯冷冷却剂流量量分配不均均匀的4个个原因 （教材1118页）7.自然循循环的基本本概念： 若回路中中流体的循循环流动是是依靠回路路中流体本本身的密度度差所产生生的驱动压压头作为推推动力，这这样的流动动称为自然然循环流动动。 （研研究教材1121页图图4-200，图4-21）8.课后习习题：4-1: 某一传热热试验装置置，包括一一根由1.2m长内内径是133mm的垂垂直圆管组组成的试验验

13、段。水从从试验段顶顶部流出，经经过一个990度弯头头后进入11.5m长长的套管式式热交换器器，假设热热交换器安安装在水平平管道的中中间部分，水水在管内流流动，冷却却水在管外外逆向流动动。热交换换器的内管管以及把试试验段、热热交换器、泵泵连接起来来的管道均均为内径为为25mmm的不锈钢钢管。回路路高3m，总长长18m，共共有四个弯弯头。在试试验段的进进出口都假假设有突然然的面积变变化。回路路的运行压压力是1660巴，当当260的水以5mm/s的速速度等温流流过试验段段时，求回回路的摩擦擦压降。若若试验段均均匀加热，使使试验段的的出口温度度变为3000，回路的的压降又是是多少？假假定这时热热交换器

14、内内管的平均均温度比管管内水的平平均温度低低40。4-2: 某沸水反反应堆冷却却剂通道，高高1.8mm，运行压压力为488巴，进入入通道的水水的过冷度度为13，离开通通道时的含含汽量为00.06，如如果通道的的加热方式式是：1）均匀的的和2）正弦的的（坐标原原点取在通通道的进口口处），试试计算它的的不饱和沸沸腾段高度度和饱和沸沸腾段高度度（忽略过过冷沸腾段段和外推长长度）。4-3: 设有一个个以正弦方方式加热的的沸腾通道道（坐标原原点取在通通道的进口口处），长长3.6mm运行压力力83巴，不不饱和沸腾腾段高度为为1.2mm，进口水水的过冷度度为15，试求该该通道的出出口含汽量量和空泡份份额（忽

15、略略过冷沸腾腾段）。4-4: 试计算由由直径为220mm突突然扩大至至50mmm的水平管管中汽水两两相流的静静压力变化化和压力损损失。假设设系统的运运行压力是是10巴，含含汽量是00.04，质质量流速是是0.8kkg/s。4-5: 试导出出汽水两相相流的空泡泡份额 、真实含含汽量x和滑速比比S间的关系系式。4-6: 某一模拟拟试验回路路的垂直加加热通道，在在某高度处处发生饱和和沸腾，已已知加热通通道的内径径d=2ccm，冷却却水的质量量流量为11.2吨/时，系统统的运行压压力是1000巴，加加热通道进进口水焓为为12144kJ/kkg，沿通通道轴向均均匀加热，热热流量 ，通道长长2m。试用用平

16、衡态模模型计算加加热通道内内流体的饱饱和沸腾起起始点的高高度和通道道出口处的的含汽量。4-7: 已知压水水堆某通道道出口、入入口水温为为320和280，压力为为15.55MPa，元元件外径为为10.772mm，活活性段高度度3.899mm，栅栅距14.3mm，包包壳平均壁壁温3200，当入口口质量流速速为 时，求求沿程摩擦擦压降，加加速压降，并并加以比较较。9.临界流流模型及临临界流的特特点：10.对于于单相流，确确定发生临临界流的两两个等价条条件是：11）流速等等于截面压压力和温度度下的声速速，2）截截面上游流流动不受下下游压力的的影响。 11.流动动不稳定性性的概念及及原因：在在被加热液液

17、体发生相相变的两相相流动中，不不均匀的体体积变化可可能导致流流动不稳定定性。流动动不稳定这这个名称的的含义是指指在一个热热力流体动力力学耦合的的两相系统统中，流体体受到某一一微小扰动动后会引起起质量流量量、压降和和空泡份额额以某一频频率的常振振幅或变振振幅的振荡荡。这种现现象与机械械系统中的的振动很相相似。12.流动动不稳定性性的主要类类型：1）、水动动力不稳定定性;2)、并联联通道的管管间脉动;3)、流型型不稳定性性;4)、动力力学不稳定定性;5)、热振振荡第五章 反应堆堆稳态热工工设计原理理1.反应堆堆热工设计计准则 （教材1140页33点针对压压水堆）2. 当不不考虑在堆堆芯进口处处冷却

18、剂流流量分配的的不均匀，以以及不考虑虑燃料元件件的尺寸、性性能等在加加工、安装装、运行中中的工程因因素造成的的偏差，单单纯从核方方面考虑，堆堆芯内存在在着某一积积分功率输输出最大的的燃料元件件冷却剂通通道，即热热管。同时时堆芯内还还存在着某某一燃料元元件表面热热流量最大大的点，即即热点。热热管：积分分功率输出出最大的冷冷却剂通道道；热点：燃料元件件表面热流流量最大的的点；认为为：热点位位于热管内内；平均管管是一个具具有设计的的名义尺寸寸、平均的的冷却剂流流量和平均均释热率的的假想通道道，反映整整个堆芯的的平均特性性。 （教教材1411页）3.为了衡衡量各有关关的热工参参数的最大大值偏离平平均值

19、的程程度，引进进了一个修修正因子，这这个修正因因子就称为为热管因子子或热点因子子。它们是是用各有关关的热工（或或物理）参参数的最大大值与平均均值的比值值来表示的的。 4.烧毁比比和最少烧烧毁比的概概念 （教教材1677页 55-36、55-45、55-54） 5.降低热热管因子和和热点因子子的途径： 核热管因子子和热点因因子： 沿堆芯径向向装载不同同浓缩度的的核燃料 在堆芯周围围设置反射射层 固体可燃毒毒物的适当当布置以及及控制棒分分组及棒位位的合理确确定。 加硼水 程热管因子子和热点因因子： 合理控制有有关部件的的加工及安安装误差 精细进行结结构设计和和堆本体水水力模拟实实验 改善下腔室室冷却剂流流量分配 加强相邻燃燃料元件冷冷却剂通道道间的流体体横向交混混6.大容积积沸腾曲线线 （教教材1599页）7.影响临临界热流量量的6个因因素： （教材1166页） 8.单一通通道模型的的概念： （教材材168页页）9堆热工设设计目的（1188）？核电站设设计由哪几几个部分组组成？提高高核电站经经济效益有有哪几个途途径（1889）？ 10.掌握握教材1994页图55-18 11.失流流事故概念念