反应堆热工第三章-1

1、2022-3-30核科学与技术学院1反应堆热工水力学 王建军wang-0451825696552022-3-30核科学与技术学院2反应堆内热量的输出过程一、堆内导热过程一、堆内导热过程有有内热源圆柱型元件内热源圆柱型元件有内热源板状元件有内热源板状元件无无内热源圆筒壁内热源圆筒壁无内热源板状元件无内热源板状元件二、堆内对流换热二、堆内对流换热强制对流强制对流2022-3-30核科学与技术学院3二、堆内对流换热二、堆内对流换热自然对流换热自然对流换热沸腾换热沸腾换热三、堆内输热过程三、堆内输热过程2022-3-30核科学与技术学院4一、堆内导热过程（1）1）导热微分方程的导出（略）导热微分方程的

2、导出（略）2tktcc20(ktcc泊松方程）20(ktc拉普拉斯方程）2022-3-30核科学与技术学院5一、堆内导热过程（2）2）具有内热源导热问题（圆柱型燃料棒）具有内热源导热问题（圆柱型燃料棒）20(ktcc泊松方程）两种求解方法，注意边界条件20tk22t10ddtdrr drk燃料元件内温度分布204vuqttrk燃料芯块内外表面温差204vuuuqttrk2022-3-30核科学与技术学院6一、堆内导热过程（3）燃料芯块能量守恒关系燃料芯块能量守恒关系vQq dVQqdFlQq dl2vuQqr dl2uQqr dllQq dl22luvuqr qqr燃料元件又如何表示？2022

3、-3-30核科学与技术学院7一、堆内导热过程（4）均匀内热源平板形燃料元件均匀内热源平板形燃料元件20tk积分两次，边界条件202vuqttxk202vuuuqttkvuqdAqdA对平板形元件vuqq2022vuuuuuqqttkk2022-3-30核科学与技术学院8一、堆内导热过程（5）3）无内热源稳态导热问题）无内热源稳态导热问题20(ktc拉普拉斯方程）(cdtkqdx傅里叶定律）对平板形包壳ucqttxKucsccqttK对圆筒壁包壳(cdtk FQdr傅里叶定律）ln2uucrQttK Lrln2uucsccsrQttK Lr ln2lcxucscuqdttKd2022-3-30核

4、科学与技术学院9二、堆内的对流换热过程（1）牛顿加热或冷却公式fQhF沿燃料元件径向方向( )( )( )( )fQ zh z dF zz( )( )( )csfQ zh zd dzz对圆柱形燃料元件( )( )( )( ) ( )( )lcsfcsfq zh zdzh ztztz温差=？对流换热系数？2022-3-30核科学与技术学院10二、堆内的对流换热过程（2）1、强迫对流换热、强迫对流换热影响因素：工质性质、流动性质以及管道结构影响因素：工质性质、流动性质以及管道结构计算管内对流放热系数的主要方法计算管内对流放热系数的主要方法Dittus-Boelter方法方法Sieder-Tate方

5、法方法2022-3-30核科学与技术学院11二、堆内的对流换热过程（3）D-B公式公式0.80.40.023RePrNu LNuk适用条件1 1、流态限制、流态限制2 2、物性限制、物性限制3 3、流体被加热、流体被加热4 4、较低温压、较低温压5 5、无须考虑入口效应、无须考虑入口效应Sieder-Tate公式公式0.140.14w wf f3 31 10.80.8) ) ( (PrPr0.027Re0.027ReNuNu 1 1、ReRe要求：要求：10104 42 2、物性限制：、物性限制：Pr=0.7Pr=0.73 3、定性温度、定性温度4 4、无须考虑入口效应、无须考虑入口效应202

6、2-3-30核科学与技术学院12二、堆内的对流换热过程（4）棒束流道内对流换热（水纵向流过平行棒束）棒束流道内对流换热（水纵向流过平行棒束）0.81/3RePrNuC0.0420.024PCd威斯曼方法其中常数C与栅格结构有关0.0260.006PCd正方形栅格：1.1P/d1.3三角形栅格：1.1P/d1.52022-3-30核科学与技术学院13二、堆内的对流换热过程（5）棒束流道内对流换热（水纵向流过平行棒束）棒束流道内对流换热（水纵向流过平行棒束）0.81/3RePrNuC0.03330.0127wwfACAA无限栅格方法2022-3-30核科学与技术学院14二、堆内的对流换热过程（6）

7、2、自然对流换热、自然对流换热 自然对流自然对流：由于流体内部：由于流体内部密度梯度密度梯度引起流体的引起流体的流动流动 自然循环自然循环：闭合回路内由于流体密度沿空间分：闭合回路内由于流体密度沿空间分布形成的驱动压头驱动所实现的流动布形成的驱动压头驱动所实现的流动 通常情况下，通常情况下，引起自然对流或形成自然对流的引起自然对流或形成自然对流的原因在于原因在于流体温度流体温度沿空间上沿空间上不均匀不均匀2022-3-30核科学与技术学院15二、堆内的对流换热过程（7）影响对流换热的特性的因素：影响对流换热的特性的因素：(Re,Pr)NufGr21ReGr(Re,Pr)Nuf21ReGr(,P

8、r)Nuf Gr21ReGr32gtlGr2022-3-30核科学与技术学院16二、堆内的对流换热过程（7）自然对流放热系数计算方法自然对流放热系数计算方法基于实验的经验半经验关系式基于实验的经验半经验关系式竖壁定热流-霍尔曼方法34*22xxxgtx hxg qxGrGr Nukk5*111010 xGr*1/50.60(Pr)xxNuGr13*162 1010 xGr*1/40.17(Pr)xxNuGr2022-3-30核科学与技术学院17二、堆内的对流换热过程（8）竖壁定热流-米海耶夫方法39,10Pr10 ()x fffGrRa0.250.25,Pr0.60(Pr)()Prfx fxw

9、NuGr10,6 10Prx ffGr1/30.25,Pr0.15(Pr)()Prfx fxwNuGr2022-3-30核科学与技术学院18二、堆内的对流换热过程（9）横管自然对流平均放热系数横管自然对流平均放热系数横管自然对流-米海耶夫方法8Pr10dfGr0.250.25,Pr0.50(Pr)Prfd fdfwNuGr2022-3-30核科学与技术学院19二、堆内的对流换热过程（9）3、沸腾放热、沸腾放热n现代压水反应堆现代压水反应堆设计考虑设计考虑p平均通道平均通道p热通道热通道n在现代压水反应堆设计中允许在现代压水反应堆设计中允许堆内堆内出出现现沸腾工况（饱和、欠热）沸腾工况（饱和、欠

10、热）n沸腾工况的出现对反应堆的影响沸腾工况的出现对反应堆的影响2022-3-30核科学与技术学院20二、堆内的对流换热过程（10）沸腾型式沸腾型式流动沸腾流动沸腾大容积沸腾大容积沸腾沸腾状态沸腾状态饱和沸腾饱和沸腾过冷沸腾过冷沸腾高、低欠热沸腾高、低欠热沸腾2022-3-30核科学与技术学院21二、堆内的对流换热过程（11）沸腾曲线沸腾曲线特征点：特征点：ONBFDBD（CHF）2022-3-30核科学与技术学院22二、堆内的对流换热过程（12）2022-3-30核科学与技术学院23二、堆内的对流换热过程（13）nAB段段p不沸腾区（单相区）不沸腾区（单相区）nBC段段p核态沸腾区核态沸腾区n

11、D点点pDNB点或第一类点或第一类CHF点点nDE段段p过渡沸腾区过渡沸腾区nEF段段p膜态沸腾区膜态沸腾区2022-3-30核科学与技术学院24二、堆内的对流换热过程（14）2、流动沸腾、流动沸腾2022-3-30核科学与技术学院25二、堆内的对流换热过程（15）泡核沸腾传热计算泡核沸腾传热计算詹斯詹斯-罗特斯（罗特斯（Jens-Lottes）关系式）关系式汤姆（汤姆（Thom）关系）关系卡特莱纳卡特莱纳-鲍尼拉（鲍尼拉（Castellana-Bonilla）关系式）关系式60.256.225(/10 )pcsTTqe0.752.5()tptt)69. 8(5 . 00225. 0psweq

12、TT 2022-3-30核科学与技术学院26我国和前苏联水力计算方法我国和前苏联水力计算方法 1.52920.71 7.0 10fhchw rq220.7dxch0.110.80.40.023RePrnbdxd0.1420.74.3450.01375chppq2022-3-30核科学与技术学院27Chen方法方法其中分别采用其中分别采用D-B，Foster-Zuber方法计算两项方法计算两项换热系数换热系数tpNCBchhh0.8ReRetpfF 0.99esTST2022-3-30核科学与技术学院28二、堆内的对流换热过程（18）沸腾通道中的沸腾通道中的ONB点（成核条件）点（成核条件）力学

13、条件力学条件热力学条件热力学条件2022-3-30核科学与技术学院29二、堆内的对流换热过程（19）流动沸腾发展流动沸腾发展液体温度液体温度壁面温度壁面温度流动型式流动型式空泡份额空泡份额2022-3-30核科学与技术学院30二、堆内的对流换热过程（20）沸腾过程中特征点的确定方法沸腾过程中特征点的确定方法ONB点FDB点（或NVG点）对应于高欠热沸腾对应于低欠热沸腾2022-3-30核科学与技术学院31二、堆内的对流换热过程（21）ONB点确定办法泡化方程-（Bergles&Rohsenow Correlation）0.02342.82831.15691.798 10()5pONBW

14、Sqptt传热方程ONBwfqqh tt,f ONBsJLqtth60.256.225(/10 )pcsTTqe詹斯-罗特斯（Jens-Lottes）关系式2022-3-30核科学与技术学院32二、堆内的对流换热过程（22）ONB点确定办法输热方程-圆形管道,()hONBinpf ONBf inqP ZZGC A tt,pf ONBf inONBinhGC A ttZZqP或者，,pf ONBf inONBhGC A ttZqP2022-3-30核科学与技术学院33二、堆内的对流换热过程（23）FDB点或者点或者NVG点确定点确定Saha-Zuber方法,()fsatf FDBqDNuktt,()pfsatf FDBqStGCttpffGDCNuPekSt2022-3-30核科学与技术学院34二、堆内的对流换热过程（24） 沸腾临界是指由于沸腾机理发生变化引起放热系数的陡降，导致受热面的温度急剧升高的现象 刚刚达到沸腾临界时的热流密度称为临界热流密度或临界热负荷DNB或DRYOUT型2022-3-30核科学与技术学院35影响临界热负荷的因素1）冷却剂质量流密度的影响）冷却剂质量流密度的影响2）含气率）含气率x的影响的影响3）冷却剂压力的影响）冷却剂压力的影响4）入口欠热度的影响）入口欠热度的影响5）通道入口段长度）通道入口段长度2022-3-3