核反应堆热工基础-第五章

1、核反应堆热工基础核反应堆热工基础教师：刘晓辉成都理工大学核技术与自动化工程学院 核反应堆内，热量输出的速率以及作用在堆芯和堆内构件上核反应堆内，热量输出的速率以及作用在堆芯和堆内构件上的作用力与系统的流动特性有很大关系。因此，在反应堆热工设的作用力与系统的流动特性有很大关系。因此，在反应堆热工设计中，不仅要了解堆内热量的产生和传输，而且还必须研究堆内计中，不仅要了解堆内热量的产生和传输，而且还必须研究堆内冷却剂流动的流体动力学问题。冷却剂流动的流体动力学问题。 流体动力学计算必须考虑稳态和动态运行特性。包括堆内流体动力学计算必须考虑稳态和动态运行特性。包括堆内各冷却剂通道流动压降的计算，以便确

2、定各通道的流量和主循环各冷却剂通道流动压降的计算，以便确定各通道的流量和主循环泵所需的功率。尽量使堆芯内冷却剂的流量分布与释热分布相匹泵所需的功率。尽量使堆芯内冷却剂的流量分布与释热分布相匹配，提高堆的输热能力；合理地确定一回路管道和设备部件的尺配，提高堆的输热能力；合理地确定一回路管道和设备部件的尺寸，提高核电厂的经济性。此外，还必须配合传热计算，确定反寸，提高核电厂的经济性。此外，还必须配合传热计算，确定反应堆的自然循环能力。在两相流动情况厂还需研究流动的稳定性，应堆的自然循环能力。在两相流动情况厂还需研究流动的稳定性，寻求改善和消除流动不稳定性的方法寻求改善和消除流动不稳定性的方法。第五

3、章第五章 反应堆流体动力学反应堆流体动力学第第1节节 单相流的压降单相流的压降 设在通道截面z1处冷却剂的压力为p1 ，平均流速为v1 ，密度为1 ；在通道截面z2处冷却剂的压力为p2 ，平均流速为v2 ，密度为2 。通道的横截面积为A，则在微分流体段dz上的作用力有：下端面压力p，上端面的压力为p+dp，重力pgmg和由流动阻力引起的,相当于作用在面积A上的摩擦压降d pF 。若流经dz所需的时间为dt，则该微分流体段的运动方程为：dzdtdvAdzgA-Adp-dp)A(p-ApF上式整理并积分得：上式整理并积分得：此式为不可压缩流体在稳定流动时的动量守恒方程。此式为不可压缩流体在稳定流动

4、时的动量守恒方程。设设 ，它表示处在不同高度处的流体，它表示处在不同高度处的流体，由于位能不同而引起的静压变化，称为由于位能不同而引起的静压变化，称为提升压降提升压降。流体。流体位能增加，则提升压降是正值；流体位能减少，则提升位能增加，则提升压降是正值；流体位能减少，则提升压降为负值。压降为负值。212121zzvvzz21dzdzdFvdvgdzpp)(21zzEgdzp设设 ，它表示由于流通截面发生变化，它表示由于流通截面发生变化或流体密度发生变化时引起流速变化，从而使静压也随或流体密度发生变化时引起流速变化，从而使静压也随之变化。流速增大，静压减小。这种由于流体动能增加之变化。流速增大，

5、静压减小。这种由于流体动能增加而引起的静压降称为而引起的静压降称为加速压降加速压降。 ，它表示流体流经等截面直通道，它表示流体流经等截面直通道时，由于粘性使流体与通道壁之间以及有相对运动的流时，由于粘性使流体与通道壁之间以及有相对运动的流体之间发生摩擦，这种由于沿程摩擦阻力的作用所造成体之间发生摩擦，这种由于沿程摩擦阻力的作用所造成的压力损失称为的压力损失称为摩擦压降摩擦压降。21vvVdVpA21zzFdzdzdFp)( 如果再考虑流体流经有急剧变化的固体边界时通道中如果再考虑流体流经有急剧变化的固体边界时通道中的局部阻力，例如当流体通过截面大小，形状突然发的局部阻力，例如当流体通过截面大小

6、，形状突然发生变化或弯管、接管、阀门以及燃料组件的定位格架生变化或弯管、接管、阀门以及燃料组件的定位格架时，由于涡流而产生的压力损失，通常称之为时，由于涡流而产生的压力损失，通常称之为形阻压形阻压降降，并用，并用pS S表示。表示。前式可改写成：前式可改写成： 其中提升压降其中提升压降pE E和加速压降和加速压降pA A是由于静压能、是由于静压能、动能、位能相互变换而产生的，是可逆过程。而摩擦动能、位能相互变换而产生的，是可逆过程。而摩擦压降压降pF F和形阻压降和形阻压降pS S都是流体的机械能变成热能的都是流体的机械能变成热能的一种不可逆过程。一种不可逆过程。SFAE21pppppp 等温

7、压降：流体与通道壁之间没有热交换情况下的压降。 非等温压降：流体被加热或被冷却时的压降。 为了计算方便，把加速压降分为由通道截面发生变化引起流速变化的加速压降pASAS和由于流体密度变化引起流速变化的加速压降pADAD两部分，这样在等截面直通道中流体流动的压降为：FDAE21ppppp 而在通道截面大小或形状突然发生变化的局部区段，由于这种流程一般都很短，因此提升压降，摩擦压降及流体密度变化引起的压降可以略去，于是在这些局部区段的压降为：SSppppA211.等截面直通道的流动压降等截面直通道的流动压降 （1）提升压降）提升压降 一般地，如果通道轴线与水平面间的夹角为一般地，如果通道轴线与水平

8、面间的夹角为，于是提，于是提升压降可写成：升压降可写成：式中：式中： L1，L2通道轴线方向的位置；通道轴线方向的位置； z1，z2L1，L2所对应的垂直高度位置。所对应的垂直高度位置。 如果流体是液体，且截面如果流体是液体，且截面1和截面和截面2之间流体的温之间流体的温差不大，可把差不大，可把看作常数，并等于截面看作常数，并等于截面1和截面和截面2处的密处的密度算术平均值，于是上式积分后得：度算术平均值，于是上式积分后得： 2121zzLLEgdzdLgpsin)(12Ezzgp 如果流体是气体，由于在反应堆内压力不太高，温如果流体是气体，由于在反应堆内压力不太高，温度也不太低，可把气体冷却

9、剂看成为理想气体，服从理度也不太低，可把气体冷却剂看成为理想气体，服从理想气体状态方程式，以此求得气体平均密度。想气体状态方程式，以此求得气体平均密度。式中：式中： R气体常数，气体常数，R= 8.314 J K-1 mol-1 ； T气体温度，气体温度，K。 由于在一般状态下气体的密度很小，所产生的提由于在一般状态下气体的密度很小，所产生的提升压降与总压降相比不大，往往可以匆略不计。升压降与总压降相比不大，往往可以匆略不计。 RTp（2）加速压降）加速压降因为是等截面直通道，所以只考虑流体密度变化所引起因为是等截面直通道，所以只考虑流体密度变化所引起的加速压降。由于通道截面不变，的加速压降。

10、由于通道截面不变， v=G为常数，于是为常数，于是式中：式中： G质量流速，质量流速， kg m-2 s-1 。 如果液体冷却剂只有温度变化而不发生沸腾，则如果液体冷却剂只有温度变化而不发生沸腾，则密度变化很小，于是等截面直通道流动的加速压降可以密度变化很小，于是等截面直通道流动的加速压降可以略去。略去。 )()(12212vvAD11GvvGvdvp21（3）摩擦压降）摩擦压降无论是单相或两相，是等温或非等温，摩擦压降都普遍无论是单相或两相，是等温或非等温，摩擦压降都普遍采用达西采用达西(Darcy)公式进行计算。即公式进行计算。即式中：式中： f达西达西-韦斯巴赫韦斯巴赫(Weisbach

11、)摩擦系数，无因次；摩擦系数，无因次；L通道长度，通道长度，m；De通道的当量直径，通道的当量直径，m； 计算不同流动状态下的摩按压降，关键是求摩擦系数计算不同流动状态下的摩按压降，关键是求摩擦系数f。实。实验证明，摩擦系数取决于流体的流动性质（层流或湍流）、流动验证明，摩擦系数取决于流体的流动性质（层流或湍流）、流动状态（定型流或未定型流）、受热条件（等温与非等温）、通道状态（定型流或未定型流）、受热条件（等温与非等温）、通道的几何形状以及表面粗糙程度等因素。的几何形状以及表面粗糙程度等因素。 2DLfp2eF2. 局部压降局部压降 在反应堆中产生局部压降的地方根多，例如在压水在反应堆中产生

12、局部压降的地方根多，例如在压水堆中，从压力容器和吊篮之间的环形空间进入堆芯下腔堆中，从压力容器和吊篮之间的环形空间进入堆芯下腔室拐弯的地方，堆芯上下栅格板以及燃料组件定位格架室拐弯的地方，堆芯上下栅格板以及燃料组件定位格架等处，由于通道截面突然发生变化或流动方向发生改变，等处，由于通道截面突然发生变化或流动方向发生改变，都会引起局部压降。都会引起局部压降。 当流体流经这些局部区段时，流动情况是十分复当流体流经这些局部区段时，流动情况是十分复杂的，所产生的局部压降不仅与雷诺数、表面粗糙度等杂的，所产生的局部压降不仅与雷诺数、表面粗糙度等因素有关，更主要的是取决于局部区段的几何形状变化。因素有关，

13、更主要的是取决于局部区段的几何形状变化。因此，局部压降一般必须通过实验确定。因此，局部压降一般必须通过实验确定。 （1）截面突然扩大）截面突然扩大通道截面突然扩大的流动情况，如果略去截面通道截面突然扩大的流动情况，如果略去截面1和和2之之间的高度变化及沿程摩擦阻力，则间的高度变化及沿程摩擦阻力，则式中：式中： pASAS通道截面变化所引起通道截面变化所引起 的加速压降；的加速压降； pSESE截面突然扩大的形阻截面突然扩大的形阻 压降。压降。 SEA21ppppS通道截面变化，使流体速度发生变化，但流体密度通道截面变化，使流体速度发生变化，但流体密度不变，因此；不变，因此；实验证明，当通道截面

14、积从实验证明，当通道截面积从A1扩大到扩大到A2的瞬间，流体的瞬间，流体作用在扩大了的面积作用在扩大了的面积A2上的压力仍然是上的压力仍然是p1，且，且A1 v1= A2 v2 ，因此；，因此； )(21221221vvvdvpvvAS22)()(21222111vkvAA1vv1vpe221212SE于是截面突然扩大的局部压降为：于是截面突然扩大的局部压降为：ke为截面突然扩大的形阻系数，其值实际上还与雷诺数为截面突然扩大的形阻系数，其值实际上还与雷诺数有关。有关。 )(22e221k1vpp1221e21AA1kAA)(;（2）截面突然缩小）截面突然缩小通道截面突然扩大的流动情况，如果略去

15、截面通道截面突然扩大的流动情况，如果略去截面1和和2之之间的高度变化及沿程摩擦阻力，则间的高度变化及沿程摩擦阻力，则式中：式中： pSCSC截面突然缩小的形阻截面突然缩小的形阻 压降。压降。 SCA21ppppS)(21221221vvvdvpvvAS式中：式中：是无因次经验系数，一般取是无因次经验系数，一般取0.40.5； kc为截为截面突然缩小的形阻系数。面突然缩小的形阻系数。于是截面突然缩小的局部压降为：于是截面突然缩小的局部压降为： 22)(222c212SCvkvAA1p1)-(222c221k1vpp（3）弯管、接管和阀门）弯管、接管和阀门 当流体流过通道中各种形状的弯管、接管、阀

16、门当流体流过通道中各种形状的弯管、接管、阀门时也将引起压力损失。由于造成局部压降的流体力学时也将引起压力损失。由于造成局部压降的流体力学性质是一样的，通常把形阻压降用流体功能变化若干性质是一样的，通常把形阻压降用流体功能变化若干倍来表示，即倍来表示，即式中：式中：ks为弯管、接管和阀门的形阻系数，由实验测定，为弯管、接管和阀门的形阻系数，由实验测定，其值可在有关手册上查到其值可在有关手册上查到 。 22SSvkp（4）燃料组件的定位格架）燃料组件的定位格架 流体通过燃料元件定位格架时的形阻压降，也属流体通过燃料元件定位格架时的形阻压降，也属于突然缩小与突然扩大这一类。但定位格架的结构比于突然缩

17、小与突然扩大这一类。但定位格架的结构比较持殊，高度又较小，且不同类型的定位格架的形阻较持殊，高度又较小，且不同类型的定位格架的形阻系数差别也很大。系数差别也很大。 实验证明，定位格架的形阻系数主要与下面三个实验证明，定位格架的形阻系数主要与下面三个因素有样关：因素有样关：1)定位格架处的流通面积与通道流通面积定位格架处的流通面积与通道流通面积之比之比c；2)雷诺数；雷诺数；3)定位格架的结构。广泛应用的是定位格架的结构。广泛应用的是雷米雷米(Rehme)推荐的关系式：推荐的关系式：式中：式中：ks为定位格架的形阻系数；为定位格架的形阻系数；v是冷却剂在燃料元是冷却剂在燃料元件通道内的平均流速。

18、件通道内的平均流速。 2)(22cSSv-1kp第第2节节 两相流的压降两相流的压降 在沸水堆正常运行时，堆芯内的冷却剂是含汽的。在沸水堆正常运行时，堆芯内的冷却剂是含汽的。压水堆虽然在正常运行时堆的出口是不含汽的，但堆压水堆虽然在正常运行时堆的出口是不含汽的，但堆芯内最热通道却允许饱和沸腾，其含汽量可达芯内最热通道却允许饱和沸腾，其含汽量可达8 8。尤。尤其在事故情况下，堆芯内冷却剂不仅可能含汽，而且其在事故情况下，堆芯内冷却剂不仅可能含汽，而且可能变为过热蒸汽。因此，需要研究在各种不同含汽可能变为过热蒸汽。因此，需要研究在各种不同含汽量下的两相流压降问题。量下的两相流压降问题。计算两相流压

19、降目前广泛应用的有两种物理模型：计算两相流压降目前广泛应用的有两种物理模型：均均匀流模型匀流模型和和分离流模型分离流模型。u均匀流模型把两相流看作是汽相和液相均匀混合的，均匀流模型把两相流看作是汽相和液相均匀混合的，并具有从每一相物性导出其平均物性的假想单相流，并具有从每一相物性导出其平均物性的假想单相流，这时汽相和液相的流速相等这时汽相和液相的流速相等(滑速比身滑速比身1)。这种模型。这种模型较适用于泡状流和雾状流，特别是对流速大，压力高较适用于泡状流和雾状流，特别是对流速大，压力高的情况空为准确。的情况空为准确。u分离流模型假定汽相、液相完全分开，每相均以各分离流模型假定汽相、液相完全分开

20、，每相均以各自的平均流速沿通道的不同部分流动，这种模型较适自的平均流速沿通道的不同部分流动，这种模型较适用于环状流。用于环状流。1.1.两相等截面直通道的流动压降两相等截面直通道的流动压降（1 1）提升压降）提升压降式中：式中： pE,TPE,TP轻度欠热沸腾区和饱和沸腾区两相轻度欠热沸腾区和饱和沸腾区两相 流提升压降，流提升压降，Pa； g g重力加速度，重力加速度， m s-2 ； gsgs、fsfs饱和汽相、饱和液相的密度，饱和汽相、饱和液相的密度， kg m-3 ； 空泡份额。空泡份额。 21zzgsfs12fsTPEdzgzzgp,（2 2）加速压降）加速压降式中：式中： pAD,T

21、PAD,TP通道进出口间流体的动量变化而引通道进出口间流体的动量变化而引 起的加速压降，起的加速压降，Pa； G G质量流速，质量流速， kg m-2 s-1 ； gsgs、fsfs通道出口处液体、蒸汽的密度，通道出口处液体、蒸汽的密度， 的密度，的密度， kg m-3 ； x通道出口处的含汽量；通道出口处的含汽量； 通道出口处的空泡份额；通道出口处的空泡份额；下标下标1、2分别表示截面的位置。分别表示截面的位置。 1gs2fs22gs2fs2fs2TPADx1x1x1x1Gp,（3 3）摩擦压降）摩擦压降明德莱尔明德莱尔( (MendlerMendler) )等人提出摩擦压降仍用达西公式，等

22、人提出摩擦压降仍用达西公式，但其中但其中f f采用欠热沸腾的摩擦系数采用欠热沸腾的摩擦系数f fsubsub： 3261isosubG100093101T004501ff.2-1TT1f2 .6p2506fs1Te10q25TT.31f80effDKqTPrRe0.054.2式中：式中： fisoiso按主流平均温度计算的等温摩接系数；按主流平均温度计算的等温摩接系数； T Tfsfs系统压力下液相的饱和温度，系统压力下液相的饱和温度， ； q表面热流密度，表面热流密度， W m-2 ； Kf f主流温度下液相的热导率热导率，主流温度下液相的热导率热导率， W m-1 -1 ； T Tf f主

23、流温度，主流温度， ； Re Ref f、 PrPrf f主流温度下的雷诺数和普朗特数。主流温度下的雷诺数和普朗特数。第第3节节 流量计算流量计算1.1.封闭回路中的流动压降封闭回路中的流动压降 反应堆冷却剂系统是一个封闭回路，由若干个设反应堆冷却剂系统是一个封闭回路，由若干个设备和连接它们的管道组合而成。当冷却剂流经每个设备和连接它们的管道组合而成。当冷却剂流经每个设备或每段管道时都会产生压降。备或每段管道时都会产生压降。 在稳态情况下封闭回路中各区段加速压降之和为在稳态情况下封闭回路中各区段加速压降之和为零，因此，整个回路总压降为零，因此，整个回路总压降为i i表示各区段。表示各区段。ii

24、FEtpppp)(S2.2.强制循环流量强制循环流量 为了使流体在回路中稳定地流动，必须有克服摩擦压降和形阻压降的推动力。如果这种推动力由泵或鼓风机提供，这样的流动称为强制循环流动。 此时泵所提供的驱动压头为tppP泵消耗的功率可由下式计算：泵消耗的功率可由下式计算：式中：式中： pt t整个回路的总压降；整个回路的总压降； k k总压降系数；总压降系数； A A流通面积；流通面积； W流体的质量流量；流体的质量流量； 流体的密度；流体的密度； 泵的总效率，一般取泵的总效率，一般取0.7。322tPWA2kpW1P冷却剂流速选择冷却剂流速选择 （综合技术经济考虑）（综合技术经济考虑）流速大：利

25、：载热量大、传热系数高，降低燃料元件表面和中心温度差，提高临界热流密度。弊：流动阻力大，泵的扬程要求高，泵功消耗大，从而厂用电增加；引起燃料元件振动，对燃料元件的冲蚀。 对于轻水堆，在堆芯中流速一般为45m/s；在回路的局部处最大流速不大于12m/s。例：大亚湾核电厂堆内冷却剂平均流速为4.6m/s。秦山核电厂堆芯冷却剂平均流速为3.65m/s3.3.自然循环流量自然循环流量 自然循环是指在一个闭合回路内，在没有外部驱动力的作用下，依靠回路冷、热段的密度差，和冷、热源中心的高度差产生的循环。 自然循环时的流量称为自然循环流量。 自然循环流量所传输的热功率占堆的额定热功率的百分率称为自然循环能力

26、。主冷却剂系统的自然循环能力是评价反应堆安全性的一项指标。自然循环流量通常应用自然循环流量通常应用差分法差分法或或图解法图解法求得。如果用求得。如果用差分法，则首先将回路中流体的上升段和下降段都分差分法，则首先将回路中流体的上升段和下降段都分成若干段，例如分成成若干段，例如分成N N段，设每段高度为段，设每段高度为z，第，第i i段的段的流体平均密度为流体平均密度为i则则式中：式中： C Cfifi第第i段总阻力损失系数；段总阻力损失系数； v vi i第第i段流体的平均流速。段流体的平均流速。N21i2iifiN21NiiN1ii2vCzgzg4.4.流量分配流量分配（1 1）概述）概述 在

27、一个流动系统中，若各支通道具有共同的出入在一个流动系统中，若各支通道具有共同的出入口，这样的构成称为并联通道。轻水堆堆芯是由大量口，这样的构成称为并联通道。轻水堆堆芯是由大量平行的冷却剂通道组成的并联通道，反应堆内的上、平行的冷却剂通道组成的并联通道，反应堆内的上、下腔室就是这些平行通道的共同出入口。下腔室就是这些平行通道的共同出入口。 若各通道间的流体没有质量、动量和热量的迁移，若各通道间的流体没有质量、动量和热量的迁移，则此类通道称为则此类通道称为闭式通道闭式通道。反之则称为。反之则称为开式通道开式通道。 冷却剂流入堆芯时各通道的流量分配可能是不均冷却剂流入堆芯时各通道的流量分配可能是不均

28、匀的。其原因随反应堆类型、流道结构而不同。对压匀的。其原因随反应堆类型、流道结构而不同。对压水堆来说主要有以下三方面原因：水堆来说主要有以下三方面原因：各通道的入口压力不同；各通道的入口压力不同；各通道截面的几何形状、大小可能不同；各通道截面的几何形状、大小可能不同；各燃料组件或同一燃料组件中各燃料元件的释热率不各燃料组件或同一燃料组件中各燃料元件的释热率不同，从而使各通道中冷却剂温度、密度也各不相同。同，从而使各通道中冷却剂温度、密度也各不相同。所以进入各通道的流量也不相同。所以进入各通道的流量也不相同。 冷却剂总流量可以根据反应堆总热功率求得，但冷却剂总流量可以根据反应堆总热功率求得，但要

29、确定各冷却剂通道内流量分配却不是一件容易的事。要确定各冷却剂通道内流量分配却不是一件容易的事。由于堆内冷却剂流动情况复杂，不能单纯依靠理论分由于堆内冷却剂流动情况复杂，不能单纯依靠理论分析，必须理论与实验相结合，才能求得满足工程要求析，必须理论与实验相结合，才能求得满足工程要求的流量分配的近似解。的流量分配的近似解。 比较可靠的方法是根据相似理论，通过对整个流比较可靠的方法是根据相似理论，通过对整个流动系统作水力模拟实验，直接测量流量分布。更准确动系统作水力模拟实验，直接测量流量分布。更准确的数据甚至需在反应堆建成后进行堆内实测才能得到。的数据甚至需在反应堆建成后进行堆内实测才能得到。（2 2

30、）并联闭式通道的流）并联闭式通道的流量分配计算量分配计算已知条件：已知条件：下腔室的压力分布，即各并下腔室的压力分布，即各并联通道入口处的压力联通道入口处的压力p1111， p1212， p1i1i， p1n1n。( (这里这里n n为并联通为并联通道的个数道的个数) )一般入口压力分布一般入口压力分布是通过水力模拟实验测得，或是通过水力模拟实验测得，或根据经验数据给出，作为设计根据经验数据给出，作为设计的已知条件。的已知条件。上腔室的压力分布，即各个上腔室的压力分布，即各个并联通道的出口压力，对压水并联通道的出口压力，对压水堆，目前设计中一般假设上腔堆，目前设计中一般假设上腔室的压力是均匀的

31、，即室的压力是均匀的，即2n2i2221pppp计算过程：计算过程：质量守恒方程质量守恒方程式中：式中：W Wt t 冷却剂总循环流量；冷却剂总循环流量； W Wi i 第第i通道分流量；通道分流量； 旁流系数旁流系数( (目前电厂压水堆取目前电厂压水堆取5 5) )，它表，它表示冷却剂不通过堆芯而旁流的流量占示冷却剂不通过堆芯而旁流的流量占W Wt t份额。份额。轴向动量守恒方程轴向动量守恒方程n1iitWW1)(),(iiiiiieiii2i 1xWADLfpp轴向动量守恒方程轴向动量守恒方程式中：式中： L Li i、 D Deiei 、 A Ai i分别表示第分别表示第i i通道的长度

32、、当通道的长度、当 量直径和流通截面积；量直径和流通截面积； W Wi i、 i i 、i i 、x xi i 、 i i 分别表示第分别表示第I I 通道冷却剂的质量流量、粘度、密度、含通道冷却剂的质量流量、粘度、密度、含 汽量及空泡份额。汽量及空泡份额。),(iiiiiieiii2i 1xWADLfpp能量守恒方程能量守恒方程式中式中: H: Hi i(z)(z)在位置在位置z z处冷却剂的焓；处冷却剂的焓； H(z) H(z)冷却剂流过通道长度冷却剂流过通道长度zz时时的焓升；的焓升； tt冷却剂流过冷却剂流过zz所需所需的时间；的时间； q ql l (z)(z)轴向高度轴向高度z z

33、处燃料元件的线功率密度。处燃料元件的线功率密度。对于闭式通道，对于闭式通道， W Wi i沿整个沿整个z z轴为常数，上式可写成积分轴为常数，上式可写成积分形式形式L L 通道长度，通道长度，z=0z=0为进口，为进口， z=L z=L为出口。为出口。 n21izqzzHWtzHAliiiiii, n21idzzq0HLHWL0liiii,5.冷却剂系统冷却剂系统的参数选择的参数选择 核电厂的一回路系统由若干并联的环路组成。一个环路所输送的热功率与压水堆核电厂规模和设备设计制造能力有关。目前核电厂一回路一般采用24条环路并联形式。 在相同堆功率情况下，单个环路功率提高后，就可以减少环路数目，减

34、少相应的设备和部件，降低设备投资和维修费用。这样，降低了核电厂每千瓦的造价和每度电价格，经济上有利。 一回路的工作压力、冷却剂的反应堆进出口温度、流量和流速等参数的选择，直接影响了核电厂的安全性和经济性，合理选择一回路的工作参数是核电厂设计的重要内容。16100 （1）一回路）一回路压力压力 由水的热物理性质可知，要想提高反应堆冷却剂的出口温度而不发生冷却剂容积沸腾，必须提高一回路压力。所以，从提高核电厂的热效率来说，提高一回路系统冷却剂的工作压力是有利的。但是，这方面的潜力非常有限。 例如，水的压力为20MPa时，其饱和温度也仅有365.7， 而现代压水堆一回路常用压力为15.5MPa，其对

35、应的饱和温度为344.7。二者相比，压力提高了4.5MPa，饱和温度却仅提高21。显然，如此提高压力，在提高电厂效率上的收益不大，反而对各主要设备的承压要求、材料和加工制造等技术难度都大大增加了，最终影响到电厂的经济性。 综合考虑，一般压水堆核电厂一回路系统的工作压力约为15MPa左右。设计压力取1.101.25倍工作压力；冷态水压试验压力取1.25倍设计压力。 （2）反应堆）反应堆冷却剂的出口温度冷却剂的出口温度 电厂热效率与冷却剂的平均温度密切相关。冷却剂出口温度越高，电厂热效率越高。但冷却剂出口温度的确定应考虑以下因素:l燃料包壳温度限制燃料包壳材料要受到抗高温腐蚀性能的限制，对于轻水堆

36、，包壳材料Zr-4的允许表面工作温度应不高于350。l传热温差的要求 为了保证燃料元件表面与冷却剂之间传热的要求，燃料表面与冷却剂间应有足够的温差。若包壳温度限制在350，冷却剂温度至少要比此温度低1015，以保证正常的热交换。l 冷却剂过冷度要求 为保证流动的稳定性和有效传热，冷却剂应具有20左右的过冷度。 由此可见，对于一定的工作压力，反应堆冷却剂的堆出口温度变化余地很小。如大亚湾核电厂一回路压力15.5 MPa，其堆出口冷却剂平均温度为329.8。（3）反应堆）反应堆冷却剂入口温度冷却剂入口温度 反应堆冷却剂的堆出口温度一旦确定，对于一个确定热功率的反应堆，其入口温度与流量有单值关系。入口温度高：利：利：一回路冷却剂平均温度高，提高机组热效率。弊：弊：冷却剂温升小，所需冷却剂流量大， 增加了泵的唧送功率。从而降低了电厂的净效率。 冷却剂的入口温度应与流量综合考虑选取