麻省理工学院(MIT)相关课程习题7

22．312核反应堆工程
2004年秋
2004年12月14日，星期二，下午1:30 –下午4:30，24-121房间开卷期末试卷3小时
问题#1(55%)-一个压水堆稳压器的结构和热工水力分析
a)薄圆柱容器的总薄膜应力可以根据如下式子得到：
因此总薄膜应力P m为，ASME规范要求
b)以稳压器为一个控制体，根据质量守恒方程可以得到最终稳压
器内的冷却剂质量M2:
其中，，M1可以根据初始液体和蒸汽的体积和密度（见问题的表1）很容易得到。

能量平衡方程（忽略重力项和动能项）为：
其中，h f(=1631kJ/kg)是离开稳压器的水的比焓，Q是稳压器的总
加热量，可以根据初始条件得到。

最终内能U2是：
其中，x2是稳压器内最终的含汽率（未知）。

另外，稳压器的体积Vp在瞬态过程中保持不变，因此有
方程1，2，3，4构成了4个未知数（即M2,U2,Q和x2）的方程组，可联立求解得到Q。

c)1.b的答案与过程的持续时间无关。

只与系统地初始状态和最
终状态有关。

d)总释热功率Q(=3MW)与热流密度的关系为：
，因此加热器的最小长度为：
其中d=1cm，根据沸腾曲线，
a)临界热流密度随着压力的降低而增大，随着压力的增大而减小（见
核系统，第一卷，527页图12-3），因此如果稳压器内电加热器满功率的情况下压力突然降低，判断不发生沸腾临界的条件还能满足，需要看压力降低的幅度，例如压力降低到10MPa，不会发生沸腾临界，因为10MPa下的临界热流密度比15.5MPa下的值要高。

问题#2（35%）——隔离冷凝器内的空泡分额和压降计算
a)（5%）计算冷凝器的排热功率。

（280o C下饱和水参数见表2）
b)（5%）用后面给出的简化Chato关系式计算传热管内表面的温度。

（假设传热管内轴向热流密度均匀分布）
c)（10%）画出传热管内轴向空泡分额分布图。

（假设管内含气率线
性变化，用平衡态均匀流HEM模型计算空泡分额）
d)（10%）计算传热管内加速压降，摩擦压降，提升压降和总压降。

（计算摩擦压降时用平衡态均匀流HEM模型，可近似有f TP=f lo）e)（5%）如果管子垂直布置，蒸汽向下流动，加速压降，摩擦压降
和提升压降会如何变化？（只需要做定性分析）
传热管内简化的Chato流动冷凝传热关系式：
问题3# （10%）——压水堆的偏离泡核沸腾
偏离泡核沸腾(DNB)热流密度和堆内100%功率情况下热通道的
实际热流密度随着轴向位置的变化的定性描述见图4。

假如反应堆功率增加（流过堆芯的冷却剂流量，压力和入口温度不变），图4的曲线会如何变化？
图4 压水堆热通道内的临界热流密度和实际热流密度的轴向分布。