核反应堆热工水力学第5部分稳态工况下流体力学分析

第2章反应堆内的释热压水堆操纵员基础理论培训——《核反应堆热工水力学》授课人：5)4)主要内容要点1)2)3)2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布2.2核热通道（热管）因子2.3燃料棒和堆芯释热计算2.4结构材料、慢化剂和压力容器的释热2.5停堆后的释热及其冷却2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布热源来自于易裂变核素的裂变能量每次裂变放出的总能量平均约为200MeV未计及中微子及反中微子的能量所产生热源的分布与堆型、燃料型式及运行时间等因素有关2.1.1反应堆的热源裂变能的近似分配裂变能绝大部分在燃料元件内转变为热能热堆份额90%压水动力反应堆97.4%沸水反应堆96%2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布裂变率（反应率）：单位时间单位体积发生裂变的次数2.1.2堆芯体积释热率2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布体积释热率：堆芯内单位时间单位堆芯体积内由裂变反应释放的能量转变成的热能2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布堆芯平均比功率：堆芯内单位质量燃料发出的热功率堆芯平均功率密度：平均单位堆芯体积所发出的热功率2.1.3堆芯和燃料元件的功率度量表示法2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布堆芯平均燃料体积释热率：堆芯内平均单位体积燃料所产生的热功率堆芯平均元件表面热流密度：堆芯内平均单位元件表面积上的热功率2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布堆芯平均元件棒线功率密度：堆芯内单位长度元件棒所发出的平均热功率功率平衡关系：棒状元件2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布2.1.4堆芯内释热率的分布2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布均匀装载的无干扰非均匀有限圆柱形反应堆内体积释热率（取堆芯中心为坐标原点）：2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布12燃料分区装载：沿堆芯不同位置布置不同富集度的燃料的装载方式通过燃料分区装载可以实现：调节不同位置的易裂变核素数密度展平堆芯内的功率分布2.1.5影响堆芯功率分布的因素2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布控制棒的影响控制棒用来控制反应性、启停反应堆等通过改变中子注量率来改变功率分布通常在径向位置可展平功率分布在运行不同阶段有可能造成堆芯功率在轴向的畸变2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布水隙和空泡的影响水隙：水隙来源：控制棒提起；工程加工因素水隙影响：对中子的慢化水隙后果：形成局部的热中子注量率、功率空泡：空泡来源：堆芯内最热区域的沸腾空泡影响：对中子的慢化空泡存在的后果：降低局部的热中子注量率、功率2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布结构材料的影响：堆内结构材料主要包括包壳、定位件、支撑结构等材料结构材料主要包括：锆合金、不锈钢、镍基合金结构材料对功率的影响主要表现在对中子的吸收2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布燃料的自屏效应2.2核热通道（热管）因子热管因子和热点因子为了衡量各有关的热工参数的最大值偏离平均值（或名义值）的程度，而引入的修正因子热因子=最大值/平均值（名义值）平均值-通常与核因素有关名义值-工程因素热管因子-积分特性热点因子-局部特性2.2核热通道（热管）因子18核热通道因子径向核热通道因子轴向核热通道因子热流密度核热通道因子2.2核热通道（热管）因子对于均匀圆柱形裸堆，忽略外推长度影响：对于实际反应堆：2.3燃料棒和堆芯释热计算对于大型压水反应堆，通常满足：棒的数目很多，可认为堆芯内功率分布是平滑的棒的尺寸一般很小，可认为单根棒内的释热率仅沿轴向有变化计算中坐标的选择2.3.1单根燃料棒的释热计算2.3燃料棒和堆芯释热计算单根燃料棒释热计算积分后，可得：忽略外推长度，即为：2.3燃料棒和堆芯释热计算对于大型压水反应堆，通常满足：棒的数目很多，可认为堆芯内功率分布是平滑的棒的尺寸一般很小，可认为单根棒内的释热率仅沿轴向有变化计算中坐标的选择2.3.2非均匀堆芯的总释热2.4结构材料、慢化剂和压力容器的释热堆芯结构材料内的γ释热燃料包壳、定位格架、控制棒导向管、燃料组件骨架等γ射线释热的三种方式，都与材料本身的质量数成正比计算方法2.4.1堆芯结构材料内的γ释热2.4结构材料、慢化剂和压力容器的释热慢化剂中的热量来源及计算裂变中子动能（主要部分）、裂变产物放出的β粒子能量和一部分γ射线能量计算方法2.4.2慢化剂的释热2.4结构材料、慢化剂和压力容器的释热对象压力容器、反射层、热屏蔽和控制棒等影响γ释热的因素γ射线能量和材料对γ射线的吸收计算原理及方法厚壁部件可近似为平板2.4.3压力容器或厚壁部件的γ释热2.4结构材料、慢化剂和压力容器的释热计算方法式中B——经验积累因子——γ射线的源强，MeV/(cm2s)——材料的能量吸收系数,cm-1——γ射线能量的种类2.5停堆后的释热及其冷却反应堆停堆后的释热特点核特性的影响组成剩余裂变产生的功率裂变碎片的衰变功率中子俘获产物的衰变功率2.5停堆后的释热及其冷却停堆后释放功率组成示意图2.5停堆后的释热及其冷却停堆后的冷却通过主冷却剂系统导出余热：正常停堆、