核反应堆热工分析 (9).pdf

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1、Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University能量释放的方式及能量沉降Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University0102030405060708反应堆释热和燃料元件的热工分析核裂变产生的能量及其分布堆芯功率的分布及其影响因素燃料棒和结构材料中的释热停堆释热燃料元件中的导热微分方程

2、UO2的热物性燃料元件中的温度场分布燃料和冷却剂间的热阻Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University典型压水堆一次侧和二次侧温度特性一次侧的温度和压力是最重要的限制反应堆运行和出力的最重要参数1213thhhh背景Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University能量释放的方式与能量沉

3、积裂变碎片的动能约占总能量的84%裂变能的绝大部分在燃料元件内转换为热能，少量在慢化剂内释放，通常取97.4%在燃料元件内转换为热能类型来源能量MeV射程释放地点裂变瞬间裂变碎片动能裂变中子动能瞬发r射线能量16857极短，0.025mm中长在燃料元件内大部分在慢化剂内堆内各处裂变缓发裂变产物衰变的射线能裂变产物衰变的射线能76短，10mm长大部分燃料元件内，小部分慢化剂内堆内各处过剩中子引起的n，反应过剩中子引起的非裂变反应加上n，反应产物的衰变和衰变能约7有短有长堆内各处总计约200Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School

4、of Energy&Power Engineering,Chongqing University能量组成1.裂变碎片（动能+裂变产物衰变能量）2.快中子(散射慢化后参与下一次裂变，剩余中子被俘获引起产物衰变）3.Gama射线核裂变产生能量及其分布Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University不同核素所释放出来的裂变能量是有差异的，一般取:200堆内热源及其分布还与时间有关，新装料、平衡运行和停堆后都不相同输出燃料元件内产生的热量的热工水力

5、问题就成为反应堆设计的关键之一核裂变产生能量及其分布Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University小结 1.核反应堆的主要能量来源是裂变能量，以裂变碎片的动能为主要形式；2.衰变热虽然份额不是很大，但对于核安全极其重要；3.各种易裂变核素的每次裂变能可以简单地取200 MeV。核裂变产生能量及其分布Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power E

6、ngineering,Chongqing University反应堆释热和燃料元件的热工分析（第二章）第二节 堆芯功率分布及影响因素能源与动力工程学院潘良明Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University堆芯功率分布均匀裸堆的假设Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University单燃料棒参

7、数体积释热率燃料棒单棒功率q与传热表面相垂直的热流密度q单位长度的功率/线功率q()fnnnVSLqqr dVqndSq dz平均热流密度平均线功率密度/2/22-/200(,)foLdnLqqrz rd drdz/2/2-/20(,)2coLdconcoLdqqzd dzMultiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing UniversityffRN 裂变率单位时间，单位体积燃料内，发生的裂变次数vaffqFE N 释热率单位体积的释热率101.6021 10c

8、affcNFE NV 热功率整个堆芯的热功率66/()10/10tcavcaffcNNFq VFE NV 热功率计入位于堆芯之外的反射层、热屏蔽等的释热量堆内热源的分布函数和中子通量的分布函数相同正比堆芯功率的分布及其影响因素Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University各种反应堆内的燃料参数参数PWRBWRPHWR(CANDU)LMFBRHTGR堆芯热功率（MWt）3800357921407803000沉积在燃料上的热量比率（%）969

9、69598l00燃料组件数（全堆）24173212x380=45601988x493=3944组件边长(mm)207152280144361(方格)(方格)(方格)(六角形)(六角形)燃料棒数（每组件）236623721772燃料棒长度（mm)38103760480914787燃料棒直径（mm）9.712.513.15.821.8Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University各型反应堆堆芯热工参数项目BWRCANDULMFBRHTGR堆芯

10、当量直径（m)4.646.162.138.42堆芯长度(m)3.765.760.9146.3堆芯功率密度(MW/m3)56.312.5239.58.55平均线功率密度(kW/m)20.125.119.913.4燃料棒表面平均热流密度（MW/m3)0.5120.611.090.2Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University2堆芯功率的分布进行理论分析时极其有用1.富集度相同的燃料均匀分布在整个活性区内2.活性区外面没有反射层堆芯功率的分布

11、及其影响因素均匀裸堆假设Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University2目前绝大部分的堆都采用圆柱形堆芯，圆柱形堆芯的均匀裸堆，热中子通量分布在高度方向上为余弦分布，半径方向上为零阶贝塞尔函数分布：00eRe(,)(2.405)cosRrzr zJL外推半径：eR0.71trRRR外推高度：Re21.42RRRtrLLLL 堆芯的释热率分布堆芯最大体积释热率,max0eRe(,)(2.405)cosRvvrzq r zqJL,max0vaffqF E N 堆芯功率的分布及其影响因素Multiphase Flow&Interface Phenomena Laboratory,School of Energy&Power Engineering,Chongqing University均匀裸堆中的中子通量分布堆芯功率的分布及其影响因素