核电厂热工水力学4

堆芯传热过程1状态参量2燃料元件导热3单相对流传热1.描述物体状态的热工参数过程量和状态量

状态量主要有六个

压力、温度、比容、内能、焓、熵压力单位帕斯卡、千帕绝对压力表压力负压（真空度）标准大气压初规定在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平面上的大气压强为标准大气压，后定76厘米汞柱高，最后定为101325帕比容温度：表示物体冷热程度的量法定单位开尔文或绝对温标常用的有华氏温标和摄氏温标绝对温标和摄氏温标关系绝对温标以水的三相点为273.16K，水三相点压力610.6帕。焓内能熵2.燃料元件的导热2.1傅里叶定律对于两个表面都维持均匀温度和的无内热源的平壁的稳态导热:燃料元件的导热是指在燃料芯块内核反应所产生的热量通过燃料元件内部的热传导（包括燃料、间隙和包壳的热传导）传到燃料元件包壳外表面的过程。它是一种有内热源（在燃料芯块内）或无内热源（间隙和包壳内）的导热问题，遵守傅里叶定律。2.2包壳外表面与冷却剂之间的传热固体表面冷却剂单相对流热辐射沸腾单相对流定义指固体表面与流动流体之间直接接触时的热交换过程。在这种传热过程中，除了存在流体的导热之外，起主要作用的是由流体位移所产生的热对流。单相对流分类强迫对流和自然对流传热层流和湍流传热单相对流表达式（牛顿冷却定律）或

与热导率对流换热系数的区别是物性量，而是过程量，它与流体的运动和传热过程有关。

以单相水在圆管内作强迫对流定型湍流传热为例：热辐射是物体因其温度而发射的电磁波传播所造成的热量传递。沸腾传热是指流体在加热表面发生各种沸腾工况时的传热。压水堆在正常运行状态下，包壳外表面与冷却剂之间主要是单相对流传热，只在最热通道的出口段可能出现欠热泡核沸腾或饱和泡核沸腾传热，辐射传热可以忽略；在某些事故（如流量丧失事故或冷却剂丧失事故等）过程中，包壳外表面可能经历单相对流传热和各种沸腾传热工况，当温度很高时要考虑辐射传热。2.3冷却剂的输热冷却剂的输热是指冷却剂流过堆芯时，把燃料元件传给冷却剂的热量以热焓的形式载出反应堆外的过程，它用冷却剂的热能守恒方程来描述。当流体为单相时3.1单相对流传热

在流动系统中只有一种物相（液相、气相或固相）的流动称为单相流动，例如单相液体或单相气体的流动。实际流体（液体或气体）都是粘性流体，它们在流动时都具有粘性力（内摩擦力）。当粘性流体中发生层与层之间的相对运动时，运动速度快的层对速度慢的层产生一个拖动力使它加速，而速度慢的流体层对速度快的层就有阻止它向前运动的阻力。拖动力和阻力是大小相等方向相反的一对力，分别作用在两个紧挨着的但速度不同的流体层上，这就是流体的粘性表现，称为粘性力或摩擦力。两流体层之间单位接触面积上的粘性力称为粘性应力，用Γ表示，其表达式服从牛顿法则：层流当流体速度很低时，流体中各质点均沿主流方向平行流动、各平行层之间不发生流体微团的交混，而只有分子间的相互交换湍流当流体速度较高时，流体微团在沿主流方向运动的同时还存在横向速度脉动，即流体分子团作无规则的湍动流体惯性力/粘性力层流

湍流

过渡流

3.2单相强迫对流传热系数强迫对流是指由泵或风机驱动流体的流动。大多数动力堆在运行状态下，流经反应堆的冷却剂一般都作强迫湍流流动。在这种流动状态下的对流传热系数h常用如下经验关系式计算：C、m和n都是由实验确定的常数

圆形通道内的强迫对流湍流传热系数圆形通道内的强迫对流湍流传热系数水纵向流过平行棒束中的传热系数单相层流传热系数影响单相强迫对流传热系数的主要因素流体流动的状态对h的影响

当流体作纯层流时，传热系数主要取决于流体的热导率kf因此，层流时的传热系数值h很低。当流体作定型湍流流动时，流体微团相互扰动和混合，从而使热量的传递大大强化。流体速度越高，湍流区的交混越剧烈，因而对流传热系数也越大。流体的物理性质对h的影响影响传热系数的流体物性有流体的热导率、密度、粘度和定压比热容。通道几何对的影响通道几何包括通道的形状和大小，以及传热表面的粗糙度等，它们对传热系数有一定影响。3.3自然对流传热系数流体的自然对流或称自由对流是由作用在密度发生变化的流体上的重力引起的流动换热，而密度变化通常是由流体内的温度差产生。因此，其换热强度主要取决于流体温度差的大小。在反应堆工程中，自然对流传热对