第9 ( 2 )講-單通道模型反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)課件

1、Reactor Thermal Hydraulics 15.1 引言 5.2 反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 5.3 熱管因子和熱點(diǎn)因子 5.4 臨界熱流密度與最小DNBR5.5 單通道模型反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)的一般步驟概述5.6 子通道模型的反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)概述第五章 反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計(jì)Reactor Thermal Hydraulics 2單通道模型思想z認(rèn)為熱點(diǎn)位于熱管中z計(jì)算時(shí)只分析熱管中的熱工狀態(tài)z并把熱管看作是孤立的、封閉的,它在整個(gè)堆芯高度上與相鄰?fù)ǖ乐g沒有冷卻劑的動(dòng)量、質(zhì)量和熱量的交換Reactor Thermal Hydraulics 3z計(jì)算步驟z 根據(jù)任務(wù)書提出的電站總功率要求，堆熱工設(shè)計(jì)

2、方面應(yīng)與一、二回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面初步商定有關(guān)的。z 確定燃料元件的形狀、尺寸、柵距、排列方式及每個(gè)燃料組件內(nèi)的燃料元件數(shù)；計(jì)算燃料元件總傳熱面積，并確定堆芯的布置。z 根據(jù)熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。Reactor Thermal Hydraulics 4z設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中的規(guī)定內(nèi)容：z計(jì)算平均管冷卻劑的質(zhì)量流速z計(jì)算平均管冷卻劑的焓場(chǎng)z計(jì)算平均管的各類壓降z(mì)計(jì)算熱管的有效驅(qū)動(dòng)壓頭z計(jì)算熱管冷卻劑的焓場(chǎng)z計(jì)算最小DNBRz計(jì)算燃料元件的溫度z堆穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)Reactor Thermal Hydraulics 5熱工設(shè)計(jì)參數(shù)z主參數(shù)：核電廠電功率、電廠效率、系統(tǒng)壓 力、流量、溫

3、度等z結(jié)構(gòu)參數(shù)：燃料元件尺寸、排列方式和柵距等z物性參數(shù)：密度、熱導(dǎo)率、比熱和粘度等z核參數(shù)：徑向功率分布、軸向功率分布、局部峰因子等z其他參數(shù)：旁流系數(shù)、局部形阻系數(shù)等Reactor Thermal Hydraulics 6單通道模型熱工設(shè)計(jì)的第一步z第一步：估算反應(yīng)堆輸出的熱功率Nt。zNe為核電站的電功率。zt為核電站的總效率NNtetReactor Thermal Hydraulics 7z 第二步：計(jì)算燃料元件總傳熱面積、并確定堆芯的尺寸。z 計(jì)算所需的燃料元件傳熱面積F，即 其中Fu為燃料內(nèi)釋熱量占堆芯總發(fā)熱量的份額； 為燃料元件表面平均熱流密度FNqFtu單通道模型熱工設(shè)計(jì)的第二

4、步qReactor Thermal Hydraulics 8z求堆芯燃料元件總根數(shù)N，則有z確定堆芯尺寸,若元件按正方形排列，則堆芯等效直徑與燃料元件數(shù)N之間有如下關(guān)系n-每個(gè)燃料組件內(nèi)的元件棒數(shù)；T-組件每邊的長度；Def-堆芯等效直徑堆物理設(shè)計(jì)方面希望L/Def保持在0.91.5范圍內(nèi)。 單通道模型熱工設(shè)計(jì)的第二步cscsFNdd L,L 分別為燃料元件棒外徑和堆芯高度NnTDef224422DnTd LNqFefcstuReactor Thermal Hydraulics 9單通道模型熱工設(shè)計(jì)的第三步第三步、根據(jù)熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行有關(guān)計(jì)算Reactor Thermal Hydr

5、aulics 101）計(jì)算平均管冷卻劑的質(zhì)量流速z平均管的冷卻劑質(zhì)量流速Gm，等于冷卻堆芯燃料元件的有效冷卻劑流量除以冷卻劑的有效流通截面積。所謂有效冷卻劑流量，是指進(jìn)入堆壓力殼的冷卻劑總流量中用來冷卻燃料元件的那一部分流量。那些不流經(jīng)燃料元件周圍，不參與冷卻燃料元件的冷卻劑流量，稱為非有效流量、旁通流量、或漏流，并用旁流系數(shù)來描述atWWt/WW冷卻劑的旁通流量，千克 時(shí)冷卻劑的總流量， 千克 時(shí)Reactor Thermal Hydraulics 11z 平均管的冷卻劑質(zhì)量流速Gm GWNAmatb(),/ ()12千克米時(shí)Ab-相應(yīng)于一根燃料元件柵元的冷卻劑流通截面；Wt-冷卻劑總流量；

6、 N -燃料元件總根數(shù)。 Reactor Thermal Hydraulics 12Reactor Thermal Hydraulics 132）計(jì)算平均管冷卻劑的焓場(chǎng)AL一根燃料元件單位長度上的外表面積，米2/米。 HzHqAG Az dzf mf inLmbz,( )( )0Reactor Thermal Hydraulics 143）計(jì)算平均管的各類壓降 z即求 及 的值。其計(jì)算方法已在第三章中作了詳細(xì)的介紹，在此不再贅述。需要說明的是，應(yīng)該應(yīng)用平均管冷卻劑的焓值和系統(tǒng)的壓力去求冷卻劑的密度和粘度等物性參數(shù)，再應(yīng)用這些物性去計(jì)算平均管的各類壓降。 pppppf ma min mex mg

7、 m,、,el mpReactor Thermal Hydraulics 154）計(jì)算熱管的有效驅(qū)動(dòng)壓頭 z熱管的有效驅(qū)動(dòng)壓頭。z式中kf,h為熱管摩擦壓降的下腔室修正因子；zka,h為熱管各形阻壓降及加速壓降的下腔室修正因子。z按該式，通過迭代，可以求得熱管內(nèi)的冷卻劑的質(zhì)量流速Gh。 ,()h ef hf ma ha min mex mg mel mpkpkppppp,hh eh epppReactor Thermal Hydraulics 165）計(jì)算熱管冷卻劑的焓場(chǎng) ,0( )( )NEzHHLf hf inhhqFFAHzHz dzG Af,h(z)z/NHEHHFF2h熱管軸向 處的

8、冷卻劑焓，焦耳 千克焓升核熱管因子焓升工程熱管因子G -熱管冷卻劑的質(zhì)量流速，千克/(米 .時(shí))Reactor Thermal Hydraulics 176）計(jì)算最小DNBR z有了熱管內(nèi)冷卻劑的質(zhì)量流速和焓場(chǎng)分布，就可計(jì)算熱管中臨界熱流密度、燃料元件表面DNBR和MDNBR，要使MDNBR值滿足堆熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則規(guī)定的要求。穩(wěn)態(tài)工況下，一般要求 MDNBR1.2。,( )( )( )DNB NgeNERqqzDNBR zF FqFz F由DNBR(z)的一階導(dǎo)數(shù)等于零可求出MDNBRReactor Thermal Hydraulics 187）計(jì)算燃料元件的溫度 z計(jì)算燃料元件中心最高溫度和表面

9、最高溫度，校核它們是否超過堆熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的限值。z要計(jì)算燃料元件包殼溫度和中心溫度，就得從元件外面的冷卻劑溫度算起，一直往里逐層計(jì)算。z進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)把燃料元件沿軸向分段進(jìn)行計(jì)算，并把每一小段中的釋熱量看作是常量，分段的多少按工程上要求的精度而定。Reactor Thermal Hydraulics 19開始計(jì)算t0,max與MDNBR打印輸出讀輸入?yún)?shù)計(jì)算平均管冷卻劑的質(zhì)量流速計(jì)算平均管冷卻劑的焓場(chǎng)分布計(jì)算平均管的壓降計(jì)算熱管有效驅(qū)動(dòng)壓頭ph,e假設(shè)熱管冷卻劑的質(zhì)量流速計(jì)算熱管冷卻劑焓場(chǎng)計(jì)算熱管壓降ph,hh eh eppp計(jì)算有關(guān)堆參數(shù)重新假設(shè)熱管冷卻劑的質(zhì)量流量停機(jī)單通道模型熱工設(shè)計(jì)的程

10、序框圖Reactor Thermal Hydraulics 204.6 子通道模型的反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)概述Reactor Thermal Hydraulics 21子通道模型思想z認(rèn)為相鄰?fù)ǖ览鋮s劑間在流動(dòng)過程中存在著橫向的動(dòng)量、質(zhì)量和熱量的交換。（橫向交混）z通過計(jì)算大量的子通道中的熱工參數(shù)，確定出實(shí)際的熱管和熱點(diǎn)。Reactor Thermal Hydraulics 22z更接近壓水堆堆芯開式冷卻劑通道的實(shí)際情況z提高了熱工設(shè)計(jì)的精確度，提高了反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性。z不能簡單地只選取熱管和熱點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，而必須對(duì)大量的子通道同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，因而計(jì)算工作量較大，所需要的計(jì)算費(fèi)用也較多。 子通道模型的優(yōu)缺點(diǎn)

11、Reactor Thermal Hydraulics 23子通道模型熱工設(shè)計(jì)步驟z第一步：劃分子通道z第二步：求解每個(gè)子通道的質(zhì)量、軸向與橫向動(dòng)量和能量守恒方程，計(jì)算出各子通道冷卻劑的熱工參數(shù)，確定出最熱通道z第三步：然后計(jì)算燃料元件的溫場(chǎng)，求t0,max和MDNBR（這和單通道模型的計(jì)算方法相同）。Reactor Thermal Hydraulics 24劃分子通道的方法 z（1）利用整個(gè)堆芯形狀對(duì)稱、功率分布對(duì)稱的特點(diǎn)，只要計(jì)算1/2，1/4，1/8堆芯就可以；z（2）也可采用兩步計(jì)算方法，即第一步按燃料組件為子通道，計(jì)算出堆芯中的最熱燃料組件，第二步對(duì)最熱燃料組件內(nèi)部再劃分子通道。z（3）類似于方法（2），不同的是第一步根據(jù)需要?jiǎng)澐謾M截面大小不同的子通道。Reactor Thermal Hydraulics 25子通道模型和計(jì)算程序z目前提出的許多不同的子通道模型和計(jì)算程序，它們之間的不同點(diǎn)是：z橫向交流的處理模型不同z經(jīng)驗(yàn)公式與數(shù)據(jù)不同，z數(shù)學(xué)上的處理方法不同。Reactor Thermal Hydraulics 26小 結(jié)z反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)需要與其它專業(yè)配合。z熱工設(shè)計(jì)本身必須以熱工水力實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，驗(yàn)證各種數(shù)據(jù)、公式以及所采用的計(jì)算模型的正確性，據(jù)此修正設(shè)計(jì)結(jié)果。z要充分利用新材料、新工藝和新技術(shù)，使堆芯熱工設(shè)計(jì)性能盡可能先