技术类反应堆热工水力第3章稳态工况下计算

水水力分析通常分为稳态工况水力分析和瞬态工况水力分析在稳态工况下，堆内冷却剂各点的流速是不随时间变化的，它们仅仅是空位置的函数在瞬态工况（例如，反应堆失流事故、冷却剂丧失事故等）下，堆内冷却各点的流速则不仅是空间位置的函数，而且还是时间的函数2分析计算冷剂的流动压确定自然循输热能分析系统的动稳定确定堆芯冷却剂流确定反应堆在某一在可能发生漂移流量分布、回路管道功率水平下的自然或流量振荡的情况部件尺寸、冷却剂循环水流量和堆的下，弄清流动不稳循环泵所需唧送功自然循环输热能力定性质，寻求改善 或抑制流动不稳3第1第1第2第3第4第545提升压流能改变

加速压

摩擦压

形阻压pp1p2a6 z2gsinz11.2pelg(z27fDLVe21.2单相流的摩擦压降公式8ReReReRe2320层流区2320Re104:临界区与过渡区Re104湍流区。其中，2320Re40009ffD1.2 （1）圆ffCff68 Re1.2 圆ff(Re,1.2 1.2 非圆对于层流：f=C/ReC wnisof1.21.2 1.2径、长度、P/d(P为栅距,d1.2 1.2 pV2aVV11.2时通简截面时通简截面突然扩ppA12 2 AA 211W2 A 21 p11.2截面突然缩因为

pppp0.712 A21WA 2K22弯管、接管与阀 1.2组件定位2须将定位格架与绕丝棒区别开来 1.2组件定位1.2σc；2；3定位格架形阻压降Δpc的计算公式 1.2pfpffs b UV Ut2fs为修正系Ub/Ut为棒束组件 元件棒和定位丝的润湿周长与总润湿周长之1.2修正摩擦系 fs用修正雷诺数计算，其方f64

式中

Re

有效流

Ve由下列公式求得V

p

dp2 e

7.6s Vn

d

tdVn是棒束组件中冷却剂的名义流速，其计算公式为V G/ 2n2B24

(d

ds 2.12.1多相流：多种物相在同一系统内一起流动，各物相之间存在着分辨相区的界面两相流分为绝热和非绝热两种，在动力堆系统内所遇到的基本上都是非绝热研究两相流对水冷反应堆系统的设计和运行、对弄清反应堆的稳态和瞬态特在动力反应堆内，用得最多的液体冷却剂是水，汽水两相加热流动将是本节2.22.22.22.2流型和基本参发生在过冷腾区和饱和腾低含汽量泡状流：液相是连续相，汽相以小汽泡的形式弥散在液相中，两相时沿通道流动2.22.22.22.22.22.22.22.22.22.2判断两相流所处流型可采用流型图。流型图是根据试验数据总结而成的，表示各流型存在的大致范围坐标参数分别采用各相的折合动2 和2 分别表示汽相和相的折合速度从图中可见若汽相流速很小和液相流速较大时，将出现泡状流xxgszAz gA g含汽 x汽液混合物内蒸汽的质 汽液混合物的总质2.2含汽 x

xe

hhfsh

式中

hfs

是汽液两相混合物的比是饱和液体的比xgxgVgfVf gVg

是汽化潜 2.2 Vf对于长度

gAgAzAAggA

g液体的平均速 SSV/Vgf Aff1xA 2.22.22.2

22.22.2空泡份额和含汽量的计高过冷沸腾高过冷沸腾 饱和沸腾低过冷沸腾液体主流高度过冷 过冷沸腾终汽泡跃离2.22.2空泡份额和含汽量的计低过冷沸腾饱和沸腾高过冷沸腾过冷沸腾终低过冷沸腾汽泡跃离2.2空泡份额和含汽量的计饱和沸腾

高过冷沸腾汽泡跃离

低过冷沸腾

饱和沸腾过冷沸腾终2.32.3沸腾两相流的流动结构和参数不仅沿通道的轴向和横截面积有变化，还2.3（1）汽相和液相的流速相等（滑速比S按照假设有如下的单相流体 态动量方程2.3基于均匀流模型的两相压降的计 2.32.32.31）基于均匀流模型的两相压降的计算 式中，-(dp/dz)f0表示把全部两相流量G都视为液体时，计算的全液相摩擦2.3而相应的两相沿程摩擦压降（梯度）2.32.3考虑 态两相流动量方Ag+Af=2.3 取体积元通道dz，由动量定理，得汽相动量方程简化后（并略去二阶小量）考虑连续方程Wf+Wg=W给出的dWg=-dWf， 2.3 2.3 2.3 (aMartinelli-Nelson不同压力下的α-x及φf02-x曲线，参见下图。2.3 (a)Martinelli-Nelson2.3 Martinelli-Nelson 2.3Martinelli-Nelson由此，即可计算相应的两相沿程摩擦压降（梯度）一般来说，普遍认为的情况是：Martinelli-Nelson量流速（G1360kg/(m2.s)）范围；而均相流模型方法则适用于高质量流速（G>2000-2500kg/(m2.s)）范围。还应，Martinelli-Nelson方法虽包含了压力效应，却并不考虑2.3Baroczy一组曲线 为坐标，以含汽率x为参量适用于质量流速G1356kgm2.s)2.3 (bBaroczy2.3 Baroczy另一组曲线，用于修正其它质量流速下的值，Ω2.3 局部压

Wf,1Vf

p2

Wf,2Vf

2.3 局部压 Wf

Wf

Wg

Vf

12

Vf

11

g

1g

Vg,22

gpppWx2)12t1f )2(1)AA 1 2x2g1222AA1 22.3 局部压 如果α的变化忽略不计，这时α1=α2=α2.3 局部压 由于

1，

p2

p1，这说明截面突然缩小时ppppW 122A2 1 1A2 1 x20A1 2.3局部压 2.3局部压 2.3局部压 假定通过孔板空泡份额不变，Chisholm 孔板流动过程出发孔 在作了相应的假设后，Chisholm推荐如下经验公式2.3 局部压

出可由单相压降乘上一个两相压降修正因子，求出两相压降2.3 局部压 对于定位格架，其两相流压降Δptp十分复杂，可按下式进行估算2.4

pf

pa,iii这样，上式可以变为 i

,iii

pf

pc,iii2.4以PWR 3、从SG3到出口4一段：流体的温度和物性参4、从SG出口4至堆芯1：等温段，各项压降的2.4任一流动系统放空速率取决于流体从出口（或破口）破口处的临界流量大小决定冷却剂丧失速率与系统卸压速率喷放时形成的压力波及破口处的喷射力对回 构件、冷却剂管道、全壳结构产生巨大的作用力，可能造成这些部件结构上的损坏根本机理：压力变化在流体 的特性介质中的声速就是该介质中压力变化 速度。外部介质 压力下降形成的压力波在流体 速度是以声速推进的对上游静止通道来说，压力波的绝对速度等于声速与流体的流出速度二者p降低到出口速度等于声速时，这个差值等于零。这时通道出口截面上的压力就是pc。若再进一步降低背压p使之低于临界值，则由于出口截面上的流出速度已等于声速，因而以声速推进的压力波就不到通道的出口截面了。这时出口截面上pc，它高于外部压力。由通道流出的流体到了低压的外部再进行膨胀 单相流，确定某一截面发生临界流的两个等价条件是 临界截面的流速等于声 临界截面的上游流动不受下游压力下降的影在水冷堆中，单相过冷水的临界流速很高在水冷堆中，单相过冷水的临界流速很高～ms一般来说，当一回路通道发生断裂时，破口处由于高压水迅速泄压而急剧蒸发在流速尚未达到单相液体中的声速之前，通道内就已经变成两相流在两相流中，临界流速下降很多，因而通道中流出的混合物很快达到临界流两相临界流的特点液相部分的扩容汽化，导致含汽量的不断变化，继而出现不同的流型，别是当快速膨胀时还会出现相间的不平衡。这些因素的存在，都大大增加了研的 。长通道中的临界 最最早采用“均匀平衡”模型，它认为汽液两相间处于热力学平衡状态，相无滑移，两相混合物可看作具有某种平均物性的单相流体，流动是等熵的得到的临界流量偏低。适合于长通道和含汽量较高的情况单相流体的临界长通道中的临界工程设计中普遍采用的模型是“滑移平衡”模型，这种模型考虑了相间的长通道中的滑移平衡模型假设 流动为环状流，汽相的平均流速和液相的平均流速不相同汽液两相处于热力学平衡状态当质量流量不再随下游压力的降低而增加时就达到临界流对于一给定的质量流量和含汽量，压力梯度达一有限最大值3.23.2单相流体的临界（1）长通道中的临界临界压力比随长度直径比变化的实验数据 在长通道中，热平衡的假定是成立的，然而通过孔板或接管的排放，热衡就不能达到3.2（2）短通道中的临界通道把L/D<12的通道作为短通道处理 对于短通道，因为缺少能生成汽泡，表面张力又阻碍汽泡的生成 高温高压水通过孔板或接管的快速喷放时就可能发生亚稳态 3.23.2单相流体的临界（2）短通道中的临界孔板和短通道内的两相临界3.23.2 流动不稳定性的危定性，其原因是：流量和压力振荡 的机械力会使部件产生有害的机械振荡，导致部的疲劳损流动振荡会干扰控制系 流动振荡会干扰控制系统流动振荡会使部件的局部热应力产生周期性变化（4）流动振荡会使系统内的传热（4）流动振荡会使系统内的传热性能变坏，极大地降低系统的输热能力，并临界热流密度大幅度下降，造成沸腾临界过早出类型频率低（1Hz左右），动 流量下降，压力有下的趋势 消除曲线中

0的区 4.4 4.4 4.4流型不稳定 系统的出口含汽量选择得合理，该不稳定性是可以避免 它是由于液相的突然汽化导致混合物密度急剧下降而引起的 4.5动力学不稳定（1）管间脉 并道间发生的一种流动不稳定性，称为管间脉动。在发生管间脉动时，并道的总流量及上下腔室的压降并无显著变化，但其中某些通道的进口量脉动恰好成°相位差4.5动力学不稳定管间脉影响管间脉动的主要因素是压力：压力越高，脉动的可能性也就越小出口含汽量：出口含汽量越小，汽-水混合物体积的变化也越小，流动也越稳定热流密度：热流密度越小，脉动的可能性也就越小流速：进口流速越大，阻滞流体流动的蒸汽容积增大现象就越不易发生因而，可以减轻或避免管间脉动在PWR冷却剂系统中，正常运行时循环推动力由反应堆冷却剂泵（主泵在某些事故工况下（如失流事故等），自然循环流 自然循环在先进压水堆中的应 5.25.2 5.25.2自然循环在先进压水堆中的应用——5.25.2 5.25.2自然循环在先进压水堆中的应用—— 3、非能动安全壳冷却系堆 止回5.2基本原 5.2基本原 5.2 5.2 =冷却剂温度为直高度H23=6m。求主泵断=冷却剂温度为反应堆中的自然循环驱动压头1-(3)堆芯 反应堆中的自然循环驱动压头1- 5.25.2 (1)蒸汽发生器中自然循环驱动压头3-0- 设冷却剂温度沿U型管线性分布，且U型管顶部温度为ttop，则5.2 反应堆中的自然循环驱动压头1- 堆芯 与蒸汽发生器 之间自然循环驱动压头2-5.2 总自然循环驱动压头

查表290oC时15Pa，v290oC时16Pa，v330oC15Pa，v330oC16Pa，v

0.0013410m3/0.0013381m3/0.0015402m3/0.0015312m3/5.3建立自然循环流动必须具备的条冷源和热源之间的垂直高差，冷源位于热源之上流动工质存在因温度不同造成的密度差系统必须在重力场内影响压水堆核电站自然循环的因素有哪些冷源与热源之间的温差，温差越大，自然循环能力越强冷源与热源之间的位差，位差越大，自然循环能力越强系统的流阻，流阻越小，自然循环能力越大5.3什么原因会使一回路的自然循环中断（减弱驱动压头不足以克服回路的阻力压降，自然循环就会停止可能驱动压头太小，即上升段和下降段之间流体的密度差不够大蒸汽发生器二次侧冷却能力过强反而会使一回路自然循环中断流动回路被隔断如果堆芯中产生了汽体，并积存在压力容器上腔室，使热段管口露出 理想流体的 定流动动量方程也称为 ） ） ）、 ） ），对压水堆堆芯， 组件定位件也属于特殊的局部区域 ） ）、 ）、 ）沸腾的通道内依据沸腾的情况可分为 ）、 ）、 ） ）、 ）自然循环是指在闭合回路里依靠（）和（）流体的（）（）的流速会不断（），当下游的压力降