反应堆热工水力学课后习题讲解(清华大学).docx

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1、查水物性骨架表计算水的以下物性参数：(1)求16.7MPa时饱和水的动力粘度和比烙；(2)若324c下汽水混合物中水蒸气的质量比是1%,求汽 水混合物的比体积；(3)求15 MPa下比焰为1600 kJ/kg时水的温度；(4)求15 MPa下310c时水的热导率。(1】求15.7M求时饱和水的动力粘度和比地;否根据附去C2饱和水蒸气在14.608MPa时,比用为1596kJ/kg,动力粘度为75.4X 10-6Pa s16.537 MPa 时，比焰为 1672kJ/kg,动力粘度为 694X10% . s15.7MPa时饱和水的动力粘度:= 75.4x10-6 +15.7-14.60816.5

2、37-14.608(69.4-75.4)x10-6=7.2x 10 Pa , so15.7MPa时饱和水的比和:/? = 159615.7-14.60816,537-14.608(1672-1596)= 1639.0V/Jlg13:14:49WWW(2)若344c卜,汽水混合物中水蒸气的质状比是1%,求汽水混合物的比体枳：食衣C1饱和水340时比体积为1.639X 10-3m3/kg,350C时比体枳为1.741 X 10-3m3/kg 盒去C2饱和水蒸汽340P时比体积为0.010779m3/kg.350C时比体积为O.OO88O5m3/kg： 344c时饱和水比体枳为：444 -，40巳=

3、1.639 x 10-3 + 3以 340 (1.741-1.639)x 10-3 = 1.6798 x 10-3尸 /松344C时饱和水蒸气比体枳为：344 - 340 ，、匕=0.010779 + 350 34()( 008805 - 0.010779)= 0.0099894/ /kg344c汽水混公物的比体积：ni,Vi +niuo,u =口 = 99% x 1.6798 x 107 +1 % x 0.0099894 工 0.0017629加3 炫网 + nig(3)求15 MPa卜比焰为1600kJ/kg时水的温度； 查及C1压强为14.608MPa时饱和水温度为340C, 压强为16

4、.537MPa时饱和水温度为350 c采用线性插值计算15MPa时的饱和温度为：T = 340 + - b-14 60S ,.(350-340) = 342.0316.537-14.608先计算饱和温度为342.03C时的比烯：=1596 +342.03-340350-340(1672 1596) = 1611.45 馆查&C3压强为15MPa的340水比焰为1593.3kJ/kg15MPa卜比炕为1600kJ/kg时水的温度为：t = 340 + 一 1600 T593.303 - 340) = 340.751611.4-1593.32.2计算核电厂循环的热效率位置77Kp/kPah/CkJ

5、-kg1)状态给水泵入口6.89163饱和液给水泵出口7750171欠热液蒸发器二次侧出口77502771饱和气汽轮机出口6.891940两相混合物蒸发器一次侧入口59915500欠热液蒸发器一次侧出口56515500欠热液p=%(% 一股)=q八也 一%)+3%2 仇一 %)少=加【依-也)-仇-4)% =3%4)%1仇一6)= %(4-%)_ q,”4% + % 一% -儿）-3%,2（4 一儿）P/1仇-/76）-3%,2（/73-力4）_ 4 + - J - 4 - 3%（% 一 4）”人2 - 3 % （人3 % ）163 + 2771 171 1940-3%（2771-1940）

6、_ 798,072771-171-3%（2771-1940）= 2575.07第三章3.1解：_1133求而而硒砺两论露圈软佚硼导率，并 与316c下金属铀的热导翠腑侬）0.03I 心x(l-0.03) * 0.02364 = 0.02438万/(丽.) 0.95x(1 + 0.5x0.03)习题讲解13:14:49假设堆芯内所含燃料是富集度3%的UO2,慢化剂为重水 D2O,慢化剂温度为260,并且假设中子是全部热能化 的，在整个中子能谱范围内都适用1/丫定律。试计算中子 注量率为1013 1/ (cm2-s)处燃料元件内的体积释热率。C5 =：= 0.030371 + 0.9874(-1)

7、0.03=-=-x 6.022 xlO23x 0.03037 = 7.503 xlO205 M m 235 + 32=丘匚亘= X 582 = 382.4Af 2 V 273+ 260qr = F.E/Nq仲=.=84.63W / my试推导半径为R,高度为L包含几根垂直棒状 燃料元件的圆柱形堆芯的总释热率Qt的方程：Qt = 0-275nLAu(7v,max其中，Au是燃料芯块的横截面积。夕(尸,二)=%4(2.405/ R)cos(7rz/ L)jj % 4 (2.405r / R) cos(= / L)2/rrdrdz兀Mlcos(jtz / L)dzR?oJo(2.405/ R)2;t

8、rdr7rR2L=0.275%clv - FuE,NQf(p则氏=0.275%,11md=%M =/0.275%,4有一压水堆圆柱形UO2燃料元件，已知表面热 流密度为1.7MW/m2,芯块表面温度为400,芯块直径为10.0 mm, UO2密度取理 论密度的95%,计算以下两种情况燃料芯块中 心最Wj温度：(1)热导率为常数，攵=3 W/ (m- )(2)热导率为氏=l+3exp (-0.0005f)。热导率为常数q、= Inr =x 1J MW / m2 = 0.68 x 103 MW / m345nunT(r)=-(Ru2-r2)+Tu4k“己知：Tu = 400 , k = 3 W/(

9、 m )0.68xl()3MW72 m7(0) =(5mm) -0J + 400 C 1816.7 C4x3彳 /(?)k不是常数，要用积分热导法kdT = -rdr = -R2此 Jo 24l+3exp(-O.OOO5T)MT= 区-4)+忌族网)(-0.00057；)侬汽-0.00057；)=-与42-U.UUUu4Tu = 400 q、= 0.68 x 103 MW /m3 R = 5mm， ，4 = 1975(有一板状燃料元件，芯块用铀铝合金制成(铀 占22%重量)，厚度为1mm,铀的富集度为 90%,包壳用0.5mm厚的铝。元件两侧用40 水冷却，对流传热系数/z=40000 W/(

10、m2), 假设：气隙热阻可以忽略铝的热导率221.5 W/(m-)铀铝合金的热导率167.9 W/(m)裂变截面520x10-24cm2试求元件在稳态下的径向温度分布C5 :=-19 .0114 x 101 + 0.9874 - - 1le5N5 :=(22、1000000 23522I 19.0578+ 27 )- A00 - C5=1.691 x 1027qv:= Fu - Ef - N5 1 5.2 10= 2.7406 x 10q1tco := tin + = 7.4257 x 10 h.q (Leo - Lu)itel := tco + - = 7.7351 X 10kcc . Lu

11、1tl := tci + q = 8.1431 x 10 kuq3kkl := = -6.1864 x 10 kckk2:= =-8.1614 x 1/2 ku1 2. qv- Luc2 := tci + = 7.9391 x 102 - kub2 := tci += 8.0444 x 101kc 二 0.0005川 y xY O.OObw 时, O = 79.39 - 3.1864x10, nx t raRei -SL_B = 4,921x10 出匕=1.352诲gA2Rg = m2V2P = 2.559 x 1()5A310点：f = 0.0055 1+2 j20000 + = 0.001

12、5D Re/.力=0.0145,%=0.0150,P/ = APZ1 + Ph =力上也+无H世De i2 De2 2=20675P。SZ流巴 X 13x1/5)量 W = 797.77 Xa).试验段出口至换热器入口：tx =300 C 4=160bV, =0.0014166，|i, =89.36AxlOPa s-=705.92费匕=Pi =1V= 1.528兀2一由Re1=4 = 3.018x1()513:14:49习题讲解34f. =0.0055H +200000015；102550.0146% = fih2L = 56Pa力 42Pei、= pigAz = 6233PaAP, =0fl

13、1Pi %705.92x 1.528=494户。AP, = K=0.6 xc 22Re2 = Re1 =3.018 x IO5 Pr = 0.858 k = 567.7X 135.448 xl温。cM/ = 0.023ReJ Pr04 = 5235Nu k 5233 x 567.7 x IO-325 x rdhFAt 11888 x 71 x 25x IQ-3= 11888 V2WCP 15 XCX8E94 x 5.448 x .3=19.4 C=290.3C=0.001338印=93.36 x 6 Pa 5=1443x 125 x 11_ Wv2 0.5294 x 0.0013381714Z

14、71-3 2=747.3 成3 交换K= 2.888 xlO513:14:49习题讲解36f上=0.0160P 人”仍匕2 = 752Pqa d2 2% =0AP2 =G2(v3-v,)=-1751Ptz13:14:49习题讲解37f3 =300Cp3 = 60bAv3Re? = 匕v3|i3f3 = 0.0055 1+ 20000 =+1.528%d.4io=u.u2.7%v = 0.0013761%t2 = 320 = v2 = 0.0014705，%P = YV = 726.7%3 = 89x s1.138x10-x 0.00130775 = 4.1GTZv = 4.576x1(/DeV

15、xpx 13.57x10-3x4.13x726.7Re=-7-=89x10f 0.0015 io6 rf = 0.0055 1+ 20000- + =0.0145I 13.574.576 x 10)De 2= 0.0145x3891357xl(P726.7x4.13?2= 257610。AP =G2(v,-v.)= y” (0.0014705-0.00130775) ) 3600 )=626PaPel=承 Az = 726.7 x9,8x 3.89 = 27703P”.M5.5如图所示，有一低压安注箱直径为5 m，箱内液位高度为 15 m，已知氮气压力为1.0 MPa，注入管道直径为20 cm

16、，计 算反应堆内压力分别为0.8 MPa和0.2 MPa的情况下的注入流FK菜压水堆在翔OOLlS燃料棒，堆芯总流星是its也幽r燃料 棒高度为3:7 m，外径11.2 mm，正方形排列了栅距14.7 mm， 水的密度取720kg/m3,动力粘度为91|iPas。计算堆芯内提升 压降、摩擦压降和出入口的局部压降。rr=如 pAKinK oUt0.5= 1.05.7已知热流密度q=L3cos0.75（z-0.5）MW/m2,堆芯高度为 3 m,外推长度可以忽略，燃料兀件外径10.45 mm,冷却剂 入口温度240,冷却该元件的流量为1200 kg/h,压力为15 MPa,求通道中间位置处及出口处

17、的流体温度。q（Z）nDdz用（Z） = hin + T. -Qm或者用平均定压比热容计算。57于若57题中燃料元件按中心距13.5 mm排列成正方 形栅格，求至均传热系数及最高壁温出现的位置。De =Re =Nu = O.O23Re08 Pr047；(z)=77(z)+ 组 h 5.9某压水堆的棒束状燃料组件被纵向流过的 水所冷却，燃料元件外径为9.8 mm,栅距为 12.5 mm,呈正方形栅格排列。若在元件沿高 度方向的某一个小的间隔内冷却水的平均温度 为300,水的平均流速为4m/s,热流密度 =1.74106 W/m2,堆的运行压力为 14.7 MPa, 试求该小间隔内的平均对流传热系

18、数及元件壁 面的平均温度。某沸水堆冷却剂通道，高1.8m,运行压力为 4.8MPa,进入通道的水的欠热度为13,通 道出口处平衡态含汽率为0.06,如果通道的加 热方式是：（1）均匀的，（2）余弦分布的（坐标原点取在通道半高度处），试计算不沸 腾段长度（忽略过冷沸腾段和外推长度）。P = 4汕=ts = 261.37 = 有=4 - 13 = 24837加 = 1。78.0%电=1141.1%, = 1653.9%hfs-h,“Lno = L = 0.704w n Lb= 1.8 - 0.704 = 1096/i + Xex hfg )仅正弦加热时：cos= 1-2-一空= 0.218%=0.

19、774WLr = 1.8-0.774= 1.026w D设有一个以余弦方式加热的沸腾通道（坐标原 点取在通道半高度处），长3.6 m,运行压力8.3 MPa,不饱和沸腾段高度为1.2 m,进口 水的欠热度为15,试求该通道的出口平衡态 含汽率和空泡份额（忽略过冷沸腾段）。p = 83b rs =29755 t.n = - 15 = 282.55h产 13314%hfs = 1424.1% hiu = 1249.5%COS 与=1-2-= 0.1729L +小心)-底K = 0.71 + 145x10-8。= 08304K0.8304以 二 (l-x |v =(1-0.1729)0.001394

20、2 =，648 1 ,3 户1 r v V 0.1729 / 0.02254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/小时，系统 的运行压力是lO.OMPa,加热通道进口水比焰 为1214kJ/kg,沿通道轴向均匀加热，热流密 度q = 6.71。5 w/n?,通道长2mo试用平衡 态模型计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平衡态含汽率。h = 1410.4hnr = 2726.01200 (1410.4-1214)xl03- r- 1.555/X =ex0.043hfi 一力向J 一 I36006

21、.5某压水堆运行压力为15.19 MPa,某燃料 元件通道水力直径为12.53mm,均匀发热，质 量流密度为2722 kg/ (m2-s),入口平衡态含 汽率为收= - 0.1645,计算该通道入口处和平 衡态含汽率为零处的DNB临界热流密度。加=J（P，Ze）7（G,，e）“（A4）G = 2722 kg/（m2 -5）,p=15.19 MPa, /c = - 0.1645.Dh = 12.53nuii=0.01253m15.19 MPa= 1617.62679kJ/kgA =2605.38478kJ/kg Jo1% = Z/g + （1 - ）% = 1455.1406E/kg= 2.02

22、2-0.06238/7+ (0.1722-0.001427p)exp|(18.177-0.5987p)z(,=1.0744478 + 0.15052387 exp9.082747 x (-0.1645) = 1.10823256Zj = (0 1484-1.596ze+0.1729Ze|ZJ)x2.326G+3271x(1.157-0.869Ze)= 7595.875927V/(Dp,/7,) = 0.2664 + 0.837exp(-124.injx0.8258 + 0.0003413(A/ -7/,)= 0.390546711 %)血卬=4(P，乂，心)= 32876#/ =3.29MTF

23、/以 p, %e) = 1.0744478 + 0.15052387 = 1.224971677(G,%) = (0.1484x2.3266 + 3271)x1.157 = 4871.635975什(Q, J% ) = 0一 390546711心的削=夕 p，Z,)，(G,匕)也)=2330.6极/ =2.33MW/m2某压水堆高3m,热棒轴向热流密度分布为9 （Z）=1.3cos（0.75 （z - 0.5） MW/m20坐标原点在堆芯中心，求热通道内轴向热点因子0Lq（二）比 1 fq =- = qJ ；5L3cos0.75（70.5）力=0.9702 %= -1.3x 0.75sin0,

24、75（- 0.5） = 0=ztnax = 05 （Imm = 1.3 1%./=%= 1.34- 守已知轴向线功率分布为(z)=q,。1-1rzeOS 求轴向核热点因子Fz,n。Le13:14:49习题讲解58八1rx =-1.0 =/gx =-1557 = 0.1375x-6.28八 r1x = -0.1 = tgx = 0.0997- = -0.157告x- 6.281x = -0.15=/+v = -0.149- = -0.156&x-6.28x = -0.155 = tgx = -0.1563= -0.15546x-628xL -0.155L - -max -乃(0.155 ,”、4

25、则=% 1 + JcoN-0.155) = 1.0124%.pN qmax _ LOI 24 = 59： q 2 已知反应堆的棒状元件包壳外径的名义尺寸为 d= 1.5263 cm,对已加工的一批元件进行检 验，给出下列统计分布，试求对应于极限误差 的燃料元件棒的直径。组的序号组内的平均直径d/cm每组元件的数目11.5213421.52258731.523830241.525248951.5263101361.527650171.528929681.53029791.532711AX! =(15213-1.5263)X IO-2 =-5x IO-5w Ax2 =(15225-1.5263)

26、x 10-2 =3.8x10 Av3 =(1.5238-1.5263) x IO 2 =-25x10%? Av=(1.5252 -15263) x IO 2 = -1.1 x 10-5/m Ax5 = (1.5263 - 1.5263) x IO-2 = 0 Ax6 =(1.5276-1.5263) x IO-2 = 1.3xlO5wi Ax7 =(1.5289- 15263) x IO-2 =2.6x10-加 Ax8 = (1.5302 - 1.5263) xlO-2 = 3.9 x 10-5 m Ax9 =(15327-15263) xlO-2 =6.4 x IO-5 m 97a = =

27、1.75 x 10，小，d = 3。= 1.5263 x IO-2 5.25 x 10-5/已知某燃料元件的参数如下，试比较乘积法和 混合法求热流量工程热管因子的差异。土物理量名义值取人味差均方误差芯块直径8.43 mm0.03 mm0.005 mmU235富集度3%0.040.01%U02密度95%2.7%0.7%包壳外径10 mm0.04 mm0.012 mm解：乘枳法:E M Y 4 ph dcst, (8.43 + 0.03)2 X (3 + 0.04) x (95 + 2.7) x 10 qdun) en p dcsh8.432 x3x95x(10-0.04)混合法：4 = 1 +。

28、=1 + 3，争 + 上 + 铝 + 斐=1.025可见,用乘积法算得的热流量程热管因子比混合法兑得的热流量工程热管因子大。已知压水反应堆的热功率为2727.27 MW;燃料元件包壳外径10 mm,包壳内径8.6 mm,芯块直径8.43mm；燃料组件采用15x15正方形排列，每个组件内有20个控 制棒套管和1个中子注量率测量管，燃料棒的中心栅距 13.3 mm,组件间水隙1 mm。系统工作压力15.48MPa,冷却剂平均温度302,堆芯冷却剂平均温升 39.64,冷却剂旁流系数9%,堆下腔室流量不均匀系 数0.05,燃料元件包壳外表面平均热流密度652.76kW/m2, Fon = 2.3,

29、Frn - 1.438, FhE = 1.08,=1.03o又嗡在燃料册内释热份砒总发蝇商 97.4%,堆Wi司度取3.29m,并近似认为元件中心最iWj温度发生在元件半高处。已知元件包壳的热导率限二 0.00547 (1.8%+32) +13.8 W/ (m)。用单通道模型求燃料元件中心最高温度。1、燃料棒根数及组件数:/. n -19415 x 15-20-N.Fu 272.727 x lb x 97.4N = 7Q7Q?McJq 7i x 0.01 x 3.29 x 65T = 15Def71 40-3+2x0.5x103.135m= 200.5x1 O313:14:49习题讲解67t.

30、n -Lm = 302 -1 x 39.64 = 282.18C 22tfex =五 +lAf = 302 +1 x 39.64 = 321.82C 22hfin = 1244卬 =0.91x= Cpi+Cpex = 4.438 + 6.167L p 22产0.91、_= 11.91xl03CpNt13:14:49习题讲解68h L 向+”=%,+_N,_=1428.2ML222 Wc x 0.95”g:.t L =317.3”。25、半高度处冷却剂流速:Wc x 0.95V = 3.91m/sAp/元件表面与冷却剂间单相对流换热系数r一 二 | 13.3X310 4fO.O=0.0125m0

31、.01 x 兀Re 士 =皿=3.91 x。.。125= 3.97 x10.2 v 89 x 1722.2. Nu ! =0.023R68 Pr0-4 = 0,023 fj 22故已经沸腾！ Gmax = 317.3 + 29.8 = 347.1 C8、燃料包壳内表面温度：=0.00547(1.8 x 347.1 + 32)+13.8 = 17.3喘c_ .+ 斗 / F幺h = / cimax - csmax - OO.L2kc In 幺与松块表面最高温度“max如max+Aa L =414+3/9 = 733.9P2 hv7tdu10、燃料芯块中心最高温度：Omax 院出=J “m 上出 + 5Fq Fq _Joo4 兀733.9652760 x 7tx 0.01 x 2.3 x 1.03 x 10-2k.tat +