900MW热工设计书

目录目录 一 课程设计的目的一 课程设计的目的 二 课程设计的任务二 课程设计的任务 三 热工设计的作用三 热工设计的作用 四 热工设计的方法四 热工设计的方法 五 原始数据的选择 计算过程 计算结果及分析五 原始数据的选择 计算过程 计算结果及分析 1 商定有关热工参数 2 确定燃料元件参数 3 计算平均通道的质量流速 4 平均通道冷却剂的焓场 5 平均通道的压降 m p 6 计算热管的有效驱动压头 7 计算热管冷却剂的焓场 8 最小临界热流密度比 MDNBR 9 热通道内燃料元件温度场 六 设计分析六 设计分析 七 参考书目七 参考书目 一 一 课程设计的目的课程设计的目的 通过课程设计 初步掌握压水堆堆芯稳态热工设计的原理 方法 并能综合运用已学 的知识对结果加以分析 二 课程设计的任务二 课程设计的任务 以 100 60 万 30 万千瓦压水堆为设计对象 要求在热工设计准则的约束下 利用单 通道模型进行下列工作 1 确定出核电厂有关热工参数 热功率 堆内冷却剂的工作压力 温度和流量等 2 确定出燃料元件参数 栅格排列方式 栅距 芯块直径 包壳直径 元件数 堆芯直径 堆芯高度等 3 根据热工设计准则中规定的内容进行有关的计算 1 计算平均通道冷却剂的质量流密度 2 计算平均通道冷却剂的焓场 3 计算平均通道的各类压降 4 计算热管的有效驱动压头和冷却剂的质量流密度 5 计算热管的冷却剂焓场 实际上就是计算确定热点因子和焓升热通道因子 6 计算最小 DNBR 7 计算燃料元件的温度 三 热工设计的作用三 热工设计的作用 热工设计在整个反应堆设计过程中 起主导作用和桥梁作用 四 热工设计的方法四 热工设计的方法 单通道模型 是热工水力设计中所采用的一种比较简单的模型 用单通道模型编制的 计算机程序在设计时通常采用二根通道 一根为名义通道 它的所有参数均为名义值 另 一根为热通道 将所有不利因子均加在热通道上 它是堆芯的极限通道 通道之间不考虑 质量 能量和动量交换 最多只能考虑热通道中因阻力增大而使其流量再分配和因交混效 应而使热通道中冷却剂焓值下降两种机理 五 原始数据的选择 计算过程 计算结果及分析五 原始数据的选择 计算过程 计算结果及分析 1 商定有关热工参数 商定有关热工参数 反应堆输出的热功率 已知 核电厂电功率 900MW 电厂效率 压水堆核电厂毛效率 发电效率 0 355 0 385 压水堆核电厂净效率 供电效率 扣除厂用电 0 315 0 345 取核电厂总效率 0 333 取自 反应堆热工设计手册 编写 周全福 mw N N T e T 2700 2 确定燃料元件参数 确定燃料元件参数 燃料元件的传热面积 S q FN S uT 是燃料内释热量占堆芯总发热量的份额 在大型压水堆设计中通常取 4 97 u F 应根据实验或参照同类型相近功率的反应堆初步确定燃料元件表面平均热流密度 根据大亚湾 900MW 堆 燃料元件表面平均热流密度取 624 0KW 核动力装置热力 2 分析 彭敏俊 附录 12 2 2 4 4214 624 0 974 0 2700 m mmw mw q FN S uT 3 计算平均通道的质量流速 计算平均通道的质量流速 旁通系数 4 1 2 2 w t m dPN W G t W W 根据以下数据 热工水力参数的名义值和设计中的取值热工水力参数的名义值和设计中的取值 恰希玛核电站大亚湾核电站 参数名 名义值偏差取值名义值偏差取值 冷却剂流量 m3 h 33600 3220071370 68520 T N 堆芯功率份额 1 3 1 031 2 1 02 冷却剂平均温度 C 302 3305310 2 2312 2 系统压力 MPa 15 3 0 19615 115 5 0 2115 29 旁通流量 是湍流区 104 故判定冷却剂在通道中处于湍流区 01191 0 10 98 4 3164 0 Re 3164 0 25 0525 0 f 222 3 6613 663342 21 0 01191 0 01191 27410 20 012620 01262704 9586 m F e GLv pfpa D 4 形阻压降 由于是等截面直通道故形阻压降为 0 平均通道的压降 pa papapa pppp Fmamem 14 54723 2741014 176925544 0 6 6 计算热管的有效驱动压头 计算热管的有效驱动压头 memgmexminmahamfhfhd pppppkpkp kf h 为热管摩擦压降的下腔室修正因子 ka h 为热管各形阻压降及加速压降的下腔室修正因子 2 2 1 1 N d hF mA mS mE m ppppp 均已经由第六步求出 由于是等截面直通道 A m p F m p 0 S m p 为由于下腔室流量分配不均匀而使热通道流量减少的百分数 则 N 0 2 min 3 1 1 1 03 h WW W 计算 2 2 2 0 2 2 1 1 11 1 1 27410 1 1 1769 140 25544 1 031 03 53201 33 N d hF mA mS mE m ppppp pa 7 7 计算热管冷却剂的焓场 计算热管冷却剂的焓场 可以得到 min 3 1 1 1 03 h WW W min 3 1 1 03 h W W 是平均通道冷却剂流量 因为热管和平均管流通面积相同 所以W 1 03 3342 2 1 03 3244 9kg s m G 3 查得同类型反应堆的 1 55 1 033 1 03 N H F E H F kgkJ z kgJ dz msmkg mmmMW kgkJ dzz msmkg mmmw kgkJ dzz AG AFFq HzH z z z hh L E H N H h 0 Z 6 63 cos57 158 k22 1303 z 3 66 sin 202606 0 9 3244 033 1 55 1 334 7 624 0 22 1303 02606 0 9 3244 033 1 55 1 334 7 624 0 22 1303 0 22 22 0 22 22 0 inf f kgkJH ah 79 1461 f 焓场分布图如下 8 8 最小临界热流密度比 最小临界热流密度比 MDNBRMDNBR 计算方法计算方法 有了热通道内的冷却剂质量流速及焓场 就可计算热通道的临 f zH h 界热流密度 并根据实际热流密度 根据公式 cDNB zq zqFFzq E q N Hh 计算热通道轴向燃料元件表面的临界热流密度比 DNBR 及最 zFFq zq zDNBR N H E q cDNB 小临界热流密度比 MDNBR 从而确定是否满足反应堆热工设计准则的要求 计算过程 计算过程 经验证 符合 W 3 公式的适用范围 inffse eeee e hhd x G xxx xp pp q 6 6 7 88 6 cDNB 100 3410 8258124exp8357 0 2664 0 0 869 1 1571 037 10 2049 0 1729 0 596 1 1484 0 10987 5 177 18exp 1043 11722 0 10238 6 022 2 10154 3 轴向均匀加热通道的临界热流密度 W m2 evDNB q p 冷却剂工作压力 Pa P 15 5Mpa 计算点 z 处的热力学平衡含汽率 e x kgkJ kgkJkgkJ z kgJ h hzh x lf e 2387 966 88 1629 0 Z 6 63 cos57 158 k22 1303 lg G 冷却剂质量流速 kg m2h 3244 9kg s 2 冷却剂通道的当量直径 m 0 0119m e d e d 冷却剂的饱和焓 J kg 1629 88kJ kg fs h fs h 堆芯入口处冷却剂的焓 J kg 1303 22KJ kg inf h inf h 336 6 67 6868 6 cDNB 10 22 130310 88 1629100 3410 82580119 0 124exp8357 0 2664 0 0 869 1 1571 037 10 3600 9 3244 2049 0 1729 0 596 1 1484 0 10 5 15 10987 5177 18exp 10 5 15 1043 11722 0 10 5 15 10238 6 022 2 10154 3 eeee e xxxx x q 由 MATLAB 作出在通道内的分布图如下 cDNB q 22 996216 624 0 03 1 55 1 mwzmMwzzqFFzq E q N Hh sin 2 zz L 2 996216 mwz zq zFFq zq zDNBR cDNB N H E q cDNB 用 MATLAB 作图得 DNBR 分布图如下 z 2 29 2 34m 时 得到最小 DNBR MDNBR 2 204 符合设计准则的要求 9 9 热通道内燃料元件温度场 热通道内燃料元件温度场 在热通道内燃料元件温度场的确定中 将燃料元件高度方向的原点设置在元件中心 典型的温度分布示意图 即 Z 的范围是 1 83 1 83 m 冷却剂的温升 p inff Wc zQ tzt inff h W zQ zh kgkJ z hzh W zQ inff 0 83 1 Z 6 63 cos57 158 冷却剂入口温度是 292 4 95 8 kgkJcp 沿燃料元件轴向分布的冷却剂温度场 4292 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 4292 95 8 0 83 1 Z 6 63 cos57 158 z kgkJ kgkJ z t Wc zQ zt inf p f 冷却剂 包壳 l l fcs Fzh zq ztzt 定性温度 309 2 5 10 70 4 Re avg 95 8 kgkJcp 动力粘度 8 49 kg m s K 0 5444w m 算出普朗特数 10 5 1 40 5444 0 10 49 8 95 8 Pr 5 p p c c a 水纵向流过平行棒束 P 12 6mm d 9 5mm 对于正方形栅格 C 0 042 P d 0 024 0 032 318 0 PrReNuC 26 12234 1 470000 032 0 PrReNu 3 18 0318 0 C 定性尺寸 L 0 0119m h 1223 26 0 5444 0 0119 56481 8w hL Nu 2 69 17 m w 8 56481 6w m999117qq 0 0 0 0 2 2 hhd d hd q tt cs cs cs l fcsf 6 63 cos9 617 4292 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 6 63 cos 0 z z z ztzt ffcs 包壳 ci cs c l csci r rq ttln 2 查表得 9 5mm 壁厚 0 57mm cs d 水冷动内最小的热导率 保守取在温度范围 2 ci 2 1536 8 mwkmmd c 力堆燃料包壳材料 锆合金 周汇东编原子能出版社 mwdqq csl 79 2981810 5 9 6 999117 0 3 1 939 36 8 5 9 ln 215 2 9 729818 ln 2 0 0 ci cs c l c d dq 4292 6 63 cos0 657 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 6 63 cos1 939 6 63 cos9 617 4292 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 cos 0 Re zz zzz L z ztzt ccsci u ci gci l ciu r r d q ttln h 采用接触导热模型间隙传热 包壳与燃料芯块之间的 目前接触导热模型往往引入一个经验间隙等效传热系数来处理间隙传热问题 一般都采 g h 用经验值 5678w m2 8 19mm u d 11 4 19 8 36 8 ln 5678 10 6 38 79 29818 ln 0 0 3 u ci gci l g d d hd q 4292 6 63 cos1 761 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 6 63 cos1 14 4292 6 63 cos0 657 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 cos 0 ln 2 Re zz zzz L z zt d d h zq ztzt gci u ci g l ciu u luo qtt 4 1 燃料芯块 1699 w16 2 m u 7 51098 2 16 4 9 729818 4 0 00 0 u l uou q tt 4292 6 63 cos8 21160 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 6 63 cos7 51098 4292 6 63 cos1 761 0 83 1 Z 6 63 cos 2 717 cos 0 cos 4 0 Re Re zz zzz L z zt L zq ztzt uu u l uo 用 MATLAB 作出燃料芯块中心及表面的温度场分布 燃料芯块中心最高温度 1471 出现在 Z 0 02m 处 即中心偏上的地方 在稳态热工 设计中 目前选取的燃料芯块内最高温度