反應堆熱工水力復習（打印版）

1、反應堆熱工水力復習提綱第三章6、畫出控制壁溫時大容積沸騰曲線圖，并指出各主要點和換熱區(qū)域？ 7、在DNB型和蒸干兩種沸騰臨界現(xiàn)象哪種危害更大？為什么？答：DNB型沸騰臨界現(xiàn)象危害更大，因為DNB機理的特點是在壁面形成蒸汽膜覆蓋壁面，使液體不能接觸壁面，從而使傳熱惡化，造成壁溫急劇升高，以至于可能使壁面立刻燒毀。而蒸干由于蒸汽流速較高，其傳熱能力并不太低，因而壁溫上升不很劇烈，一般不會使壁面立刻燒毀。13、若軸向熱流密度呈余弦函數(shù)變化，畫出冷卻劑、包殼表面和燃料中心的溫度分布？標出最大值所處位置？若軸向熱流密度均勻分布，最大值出現(xiàn)在什么位置？答：冷卻劑、包殼表面和燃料中心的溫度分布如圖所示（最大

2、值所處位置已標出）。若軸向熱流密度均勻分布，溫度最大值出現(xiàn)在堆芯出口處。17、計算兩相流壓降的基本模型包括哪些？定義和基本假設條件是什么？各適合哪種流型？答：計算兩相流壓降的基本模型包括均勻流模型和分離流模型。均勻流模型：假設兩相均勻混合，把兩相流動看作為某一個具有假想物性的單相流動，該假想物性與每一個相的流體的特性有關(guān)。均勻流模型的假設如下：（1）汽相和液相的流速相等（S=1）；（2）兩相之間處于熱力學平衡態(tài)（TG=TL）；（3）兩相流的摩擦因子使用單相流的公式計算。均勻流模型適用于泡狀流和滴狀流。分離流模型：假設兩相完全分開，把兩相流動看作為各相分開的單獨流動，并考慮相間的作用。分離流模型

3、假定：（1）汽液兩相流速各自保持不變；（2）兩相間處于熱力學平衡態(tài)；（3）應用經(jīng)驗關(guān)系式計算兩相計算摩擦壓降倍數(shù)；（4）應用經(jīng)驗關(guān)系式計算空泡份額。分離流模型適用于環(huán)狀流。18、臨界流的概念？短通道臨界流幾種方式的特點？答：臨界流概念：流體自系統(tǒng)中流出的速率不再受下游壓力下降的影響時，這種流動稱為臨界流或阻塞流，對于單相流也稱聲速流。短通道臨界流有三種方式，特點如下：孔板（L/D0）：液體流過孔板時，停留時間短，突然汽化發(fā)生在孔道外面，孔道內(nèi)不存在兩相流，因而不存在臨界壓力，觀察不到臨界流動。短管（0L/D3）：液體流徑直角銳邊進口的短管時，液體突然加速造成收縮，僅在液體表面發(fā)生汽化，內(nèi)部為亞

4、穩(wěn)態(tài)液芯射流。短管（3L/D12）：亞穩(wěn)態(tài)液芯在通道下游碎裂發(fā)生急劇汽化，導致一個高壓脈動，從而造成流動阻塞。19、對于流體靜力學不穩(wěn)定性（流量漂移），其流動穩(wěn)定性準則是什么？提高流動穩(wěn)定性措施有哪些？答：流動穩(wěn)定性準則：（pd）m（pt）m。提高流動穩(wěn)定性措施：1.系統(tǒng)不在水動力特性曲線（pt）m0下運行，若必須運行在負斜率區(qū)，則必須采用大流量下壓頭會大大下降的水泵；2.通過加節(jié)流件、提高壓力、減小入口水過冷度等方法使水動力曲線趨于穩(wěn)定，即消除曲線中AB段。20、何謂自然循環(huán)？自然循環(huán)對壓水堆核電站的安全運行有什么作用？影響水堆核電站自然循環(huán)驅(qū)動壓頭的因素有哪些？答：1）自然循環(huán)是指在閉合回

5、路內(nèi)依靠熱段（上行段）和冷段（下行段）中的流體密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動壓頭來實現(xiàn)的流動循環(huán)2）當失去強迫循環(huán)，這時自然循環(huán)對維持堆芯的衰變熱導出具有重要意義，它可以堆芯為熱源，以蒸汽發(fā)生器為冷源，導出余熱。3）水堆核電站自然循環(huán)驅(qū)動壓頭的因素有： 下降段與上升段密度差（密度差越大，驅(qū)動壓頭提高）； 循環(huán)回路的高度（高度越大，驅(qū)動壓頭提高）； 上升段含汽率（含汽率升高，驅(qū)動壓頭提高）。22、（p170 31題）如下圖，曲線ABCD是系統(tǒng)壓降p隨流量W的變化曲線，即系統(tǒng)的水動力特性曲線，曲線E-F和G-H是水泵的驅(qū)動壓頭pd隨流量W的變化曲線，即泵特性曲線，請問哪條水泵壓頭曲線能在M點有穩(wěn)定的流量？為什

6、么？答：壓頭曲線E-F代表的水泵能在M點有穩(wěn)定的流量。根據(jù)圖像顯然可以得到這樣一個結(jié)論：（pd-EF）W（pt）W（pd-GH）W根據(jù)穩(wěn)定性準則：（pd）W（pt）W可知：壓頭曲線為E-F的水泵能在M點有穩(wěn)定的流量。（具體分析見下圖）25、在低熱流密度下的垂直均勻受熱沸騰通道中，一般公認的流型有哪些？其特點是什么？答：隨著含汽率的增加，相繼出現(xiàn)的流型有泡狀流、彈狀流、環(huán)狀流和滴狀流。泡狀流特點：液相是連續(xù)相，汽相以汽泡的形式彌散在液相中，兩相同時沿通道流動。彈狀流特點：柱狀汽泡和塊狀液團在通道的中心部分交替出現(xiàn)的流動，是泡狀流向環(huán)狀流的過渡階段，是一種不穩(wěn)定的過渡流型。環(huán)狀流特點：液相在管壁上

7、形成一個環(huán)形的連續(xù)流，而連續(xù)的汽相則在管道的中心部分流動。汽相沿著壁面呈環(huán)形連續(xù)流，而液相在中心部分流動，則稱這種流動結(jié)構(gòu)為反環(huán)狀流。滴狀流特點：通道內(nèi)的流體變成許多細小的液滴懸浮在蒸汽主流中隨著蒸汽流動，而且越接近通道的出口，液滴的數(shù)量越少，液滴的尺寸也越小，直到形成單相蒸汽時為止。第六章26、請說明壓水堆熱工設計有哪些主要準則？答：主要準則：1.燃料芯塊最高溫度應低于對應燃耗下燃料的熔化溫度。在穩(wěn)態(tài)熱工設計中，燃料中心最高溫度的限制值一般在2200-2450之間。2.燃料元件外表面不允許發(fā)生沸騰臨界，即要求堆芯中任何燃料元件表面上任何點的實際熱流密度qR小于該點的臨界熱流密度qc。額定功率

8、：DNBR1.8，預期最大功率（118%額定）：DNBR1.3。3.在穩(wěn)定額定工況，要求在計算的最大熱功率情況下，不允許堆芯發(fā)生流動不穩(wěn)定性。27、什么是熱管因子或熱點因子，降低熱管因子或熱點因子的措施有哪些？答：熱流密度核熱管(點）因子： FqN=熱通道的最大熱流密度堆芯平均通道的平均熱流密度=qmaxq=0；焓升核熱管因子：FHN=熱管冷卻劑焓升平均管冷卻劑焓升=熱管平均熱流量堆芯高度/冷卻劑流量平均管平均熱流量堆芯高度/冷卻劑流量；上面只是由熱工設計（名義）值所引出的因子，因此將其改寫為：FqN=堆芯名義最大熱流密度堆芯平均熱流密度=qn,maxq，F(xiàn)HN=堆芯名義最大焓升堆芯平均管焓升

9、=hn,maxh熱流密度工程熱點因子和焓升工程熱管因子的概念：FqE=堆芯熱點最大熱流密度堆芯名義最大熱流密度=qh,maxqn,max, FHE=堆芯熱管最大焓升堆芯名義最大焓升=hh,maxhn,max熱管是堆芯內(nèi)具有最大焓升的冷卻劑通道。熱點是燃料元件上限制堆芯功率輸出的局部點，即燃料元件表面熱流量最大的點。熱流密度熱點因子：Fq=FqNFqE=qn,maxqqh,maxqn,max=qh,maxq；焓升熱管因子：FH=FHNFHE=hn,maxhhh,maxhn,max=hh,maxh。降低核熱管因子或熱點因子的措施：1.沿堆芯徑向裝載不同濃縮度的核燃料；2.在堆芯周圍設置反射層；3.

10、在堆芯徑向不同位置上插上一定數(shù)量的控制棒和可燃毒物棒。降低工程熱管因子或熱點因子的措施：1.合理確定有關(guān)部件的加工及安裝誤差；2.精細進行結(jié)構(gòu)設計和堆本體水力模擬實驗，改善腔室冷卻劑流量分配；3.加強相鄰燃料元件冷卻劑通道間的流體橫向交混。28、試分析為什么壓水堆設計一般采用小溫升大流量？答：壓水堆核電站若提高循環(huán)熱效率，必須要提高二回路工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器的平均吸熱溫度，在保持蒸汽發(fā)生器傳熱溫差不變條件下，需要盡可能提高一回路冷卻劑平均溫度。而提高冷卻劑出口溫度，必須提高壓力，并受到包殼腐蝕等多方面限制，故只能提高進口溫度，使堆芯冷卻劑溫升減小，若保持總功率不變，需要采用較大流量，雖然流量增大會

11、導致消耗功率和回路尺寸加大，但換熱系數(shù)和臨界熱流密度提高，對反應堆安全有利。所以壓水堆設計一般采用小溫升大流量。29、壓水堆降低電能成本的途徑有哪些？答：1.從提高動力循環(huán)熱效率t來降低電能成本：提高冷卻劑的工作壓力（考慮包殼腐蝕和部件成本）；提高冷卻劑的流量（兼顧泵的耗功以及造價）；適當選定堆冷卻劑的工作溫度（出口溫度越高，壓力越高）。2.從提高堆芯的功率密度來降低電能成本。3.從增加核燃料的燃耗深度來降低電能成本。4.從減少核電廠的廠用電來降低電能成本。5.從降低設備投資費用來降低電能成本。31、什么是DNBR? 當反應堆功率沿軸向大致均勻分布時,為什么燃料元件表面的最小DNBR常發(fā)生在活

12、性區(qū)的頂部?答：DNBR是利用專門公式計算的堆內(nèi)某處的臨界熱流密度qc（z）與該出的實際熱流密度qR（z）的比值，即DNBR=qc（z）qR（z）。反應堆功率沿軸向均勻分布則qR（z）為常數(shù)，DNBR的大小取決于qc（z）的大小。此時燃料元件表面頂部焓值最大，含汽率xE也就最大，而臨界熱流密度值總是隨含汽率xE的增大而減小，所以q c（z）的值在頂部最小，因此燃料元件表面的最小DNBR常發(fā)生在活性區(qū)的頂部。32、反應堆的熱功率從90%增加到100%，反應堆進口冷卻劑溫度和回路總流量都沒有變化，試寫出最小DNBR的定義式，并以此出發(fā)定性分析（DNBR）min是否發(fā)生變化，為什么？答：最小DNBR

13、定義式：（DNBR）min=（qc（z）qR（z）min。（DNBR）min會變小，理由：反應堆熱功率P從90%增加到100%，則qR（z）會增大。由式P=mh（z）-hin可知：回路總流量m，反應堆進口焓hin均不變時，h（z）增大。由于h（z）增大，含汽率x也會隨著增大，而含汽率x越大，臨界熱流密度q c（z）越小。綜上所述，（DNBR）min會變小。判斷題，對的在（ ）中打，錯的在（ ）中打。1、反應堆一回路系統(tǒng)發(fā)生小破口事故時，破口處臨界流量的大小取決于破口上游和下游流體的狀態(tài)（ ）。2、計算兩相臨界流的Moody模型主要從能量方程出發(fā)進行推導的（ ）。3、控制棒內(nèi)熱源來自兩個方面：一

14、方面是吸收堆芯的射線，另一方面是控制棒材料與中子發(fā)生（n，）反應或者（n，）反應。（ ）。4、壓水堆控制棒的插入有利于軸向功率的展平（ ）。5、燃料芯塊徑向溫度分布的情形是在芯塊中心最高，因此該點處的熱中子通量密度也最高。（ ）。6、在堆芯內(nèi)結(jié)構(gòu)材料例如燃料包殼、定位格架等的釋熱主要是由于吸收了裂變放出的中子而產(chǎn)生的。（ ）7、對于自然循環(huán)總壓降計算，由于是循環(huán)回路，故認為提升壓降為0。（ ）8、有效壓頭數(shù)值上等于上升段的壓降。（ ）9、減小冷卻劑入口欠焓，可以有效提高流動的穩(wěn)定性。（ ）10、臨界熱流密度越小，反應堆越不容易發(fā)生沸騰臨界。（ ）11、無控制棒插入堆芯時，沸水堆堆芯上部功率比堆

15、芯下部高（ ）12、圓柱形均勻裸堆的徑向功率為零階貝塞爾函數(shù)分布，軸向為余弦函數(shù)分布（ ）13、在過冷沸騰區(qū)，平衡態(tài)含汽量的數(shù)值大于零（ ）14、計算燃料元件間隙導熱時，在燃耗后期一般采用接觸導熱模型（ ）16、對壓水堆，設計時一般取燃料元件釋熱占堆總釋熱量的97.4%，而沸水堆取96%（ ）17、對于膜態(tài)沸騰傳熱工況，若壁面溫度預冷至最小膜沸騰溫度以下時，會實現(xiàn)膜態(tài)沸騰向核態(tài)沸騰的直接轉(zhuǎn)變（ ）。18、壓水堆核電站中，提高給水溫度可以提高平均吸熱溫度，所以二回路的給水溫度越高越好（ ）19、加強冷卻劑的橫向交混會使熱管因子升高（ ）20、對于熱管通道，堆芯出口比焓最高，臨界熱流密度最小，故堆

16、芯出口DNBR值最?。?）21、燃料芯塊徑向外表面的平均熱流密度比燃料包殼表面的平均熱流密度高（ ）22、穩(wěn)態(tài)工況下通過芯塊與包殼之間的氣隙所傳遞的熱量大于包殼與冷卻劑之間的傳遞的熱量（ ）23、在燃耗中、后期，隨著燃耗加深，燃料元件的總導熱系數(shù)將增大（ ）24、在壓水堆堆芯中發(fā)生傳熱惡化的危險主要來自偏離泡核沸騰(DNB)；在一回路發(fā)生大破口失水事故時，堆芯在裸露階段也可能出現(xiàn)干涸。（ ）25、在均勻發(fā)熱的熱通道內(nèi)單相冷卻水的水溫是沿通道流動方向呈S型曲線升高的。（即前段上升慢，中間段上升快，后段上升又慢）（ ）26、在同一堆芯內(nèi), 元件表面?zhèn)魅肜鋮s劑的熱量來源于該段芯塊的裂變能, 因此,

17、芯塊中心的溫度越高, 元件表面的熱通量q就一定越大。（ ）27、停堆之后單位時間內(nèi)燃料元件表面?zhèn)鞒龅臒崃康扔诖藭r的剩余功率（ ）28、圓管內(nèi)由于層流流動的速度分布為拋物線形分布，故其壁面剪切應力大于湍流流動時的壁面剪切應力（ ）29、當冷卻劑通道內(nèi)汽水混合物自下而上流動時，由于受浮升力的影響，滑速比大于1，則空泡份額小于體積含汽率（ ）30、進口冷卻劑過冷度越大，則形成連續(xù)汽膜所需熱量越多，臨界熱流密度越大，所以過冷度越大對反應堆安全越有利（ ）計算題1、堆芯體積釋熱率計算2、堆內(nèi)傳熱計算（換熱系數(shù)計算、ONB計算、間隙傳熱計算）3、積分熱導率計算4、單相流、兩相流壓降計算5、含汽量、空泡份額

18、計算6、臨界流計算7、p199,18計算題1：某壓水堆堆芯熱功率N0=2900106W，一回路冷卻劑總質(zhì)量流量mt=13000kg/s，進入壓力容器后的旁通流量占總流量的6.0%（旁流系數(shù)=0.06），堆芯進口冷卻劑溫度tf,in=292。堆芯焓升熱管因子FH=1.87，堆芯冷卻劑平均壓力p=15.5MPa（恒定不變）。堆芯活性區(qū)高度L=3.6m，若采用均勻加熱方式，求（1）熱管最大焓升hmax=？和出口熱平衡含汽率xe=?及空泡份額？（S=1）（2）熱管中飽和沸騰開始點的位置Lno=？。解：在15.5MPa下，水的物性為：飽和水比焓hfs=1.634106J/kg，汽化潛熱hfg=0.962

19、106J/kg，進口水比焓hin=1.295106J/kg，飽和水比體積vfs=0.0016825m3/kg，飽和汽比體積vgs=0.0098111m3/kg。（1）堆芯中燃料元件的有效冷卻劑流量： mm=（1-）mt=（1-0.06）13000=12220（kg/s）堆芯平均焓升：h=N0mm=2900106122200.2373106（J/kg）堆芯熱管最大焓升：hmax=hFH=0.23731061.870.4438106（J/kg）堆芯熱管出口熱平衡含汽率：xe=hout-hfshfg=hin+hmax-hfshfg=1.295+0.4438-1.6340.9620.1089空泡份額：

20、=xevgsxevgs+（1-xe）vfs=0.10890.00981110.10890.0098111+1-0.10890.00168250.4161（2）qlLno=mh（hfs-hin） ql（L-Lno）=mhhfgxe式除以式得：LnoL-Lno=hfs-hinhfgxe，從而得到Lno=hfs-hinhfgxe+hfs-hinL=1.634-1.2950.9620.1089+1.634-1.2953.62.75（m）計算題2：壓水堆某根燃料元件外徑dcs=10mm，芯塊直徑du=9mm，包殼厚度為0.44mm。滿功率時，熱點處包殼與芯塊剛好接觸，接觸壓力為零，熱點處包殼內(nèi)表面溫度t

21、ci=382，包殼外表面熱流密度q=1.5106w/.試求熱點處芯塊的中心溫度，并判斷是否滿足熱工設計準則要求？解：熱點處包殼與芯塊剛好接觸，接觸壓力為0，從而可得：tu=qldcihg+tci=qdcsdcihg+tci=1.51061010-0.445678+382658.34（）由積分熱導率共式：0t0ku(t)dt=0tukutdt+ql4可得：0t0ku(t)dt=0tukutdt+ql4=0tukutdt+qdcs4=0658.34kutdt+qdcs40658.34ku(t)dt可根據(jù)書本P86的表4-1進行線性插值：0658.34ku(t)dt=3497+3865-349758.341003711.69（W/m）qdcs4=1.51061010-34=3750（W/m）0t0ku(t)dt=3711.69+3750=7461.69（W/m）上式依然根據(jù)書本P86的表4-1進行線性插值：t0-19902155-1990=7461.69-71317488-7131，從而得出：t02142.84（）計算題3：（書本P198、P199 第18題）壓水堆棒狀燃料元件某點處的燃料芯塊的體積釋