热工水力分析终极版本

压水反应堆稳态热工设计

目录

一．课程设计的目的

二．课程设计的任务

三．热工设计的方法

四．原始数据的选择、计算过程、计算结果及分析

1、堆芯基本参数

2、平均管冷却剂的焓场

3、平均管的压降计算

4、计算热管的有效驱动压降

5、计算热管的冷却剂焓场

6、最小DNBR

7、热通道内燃料元件温度场

五．设计分析

六．参考书目

一.课程设计的目的

通过课程设计，初步掌握压水堆堆芯稳态热工设计的原理、方法，并能综合运用已学的知识对结果加以分析

二．课程设计的任务

1、求得体现反应堆安全的那些参数：最小烧毁比、燃料元件中心最高温度、包壳表面最高温度、冷却剂在额定工况下的的沸腾程度

2、求得体现反应堆先进性的那些参数：堆芯比功率、堆芯功率密度、燃料元件平均热流密度、最大热流密度、冷却剂平均流速、冷却剂的出口温度等

3、求得为其它设计部门所需要的参数：燃料芯块的平均温度、包壳的平均温度、冷却剂的平均温度和平均密度等参数，反应堆进出口间的压降、堆芯某些局部位置的压降、温度场等。

三．热工设计的方法

单通道模型：是热工水力设计中所采用的一种比较简单的模型。平均管是一个具有设计的名义尺寸、平均的冷却剂流量和平均释热率的假想通道，平均管反映整个堆芯的平均特性。因为在已经确定堆的额定功率、传热面积以及冷却剂流量等条件以后，确定堆芯内热工参数的平均值是比较容易的。但是堆芯功率的输出并非取决于热工参数的平均值，而是取决于堆芯内最恶劣的局部热工参数值，要得到局部的热工参数却不是一件容易的事。为了衡量各有关的热工参数的最大值偏离平均值的程度，引进了热管、热点和平均管的概念。热通道，将所有不利因子均加在热通道上，它是堆芯的极限通道。

四．原始数据的选择、计算过程、计算结果及分析

1、堆芯基本参数

根据压水反应堆提供稳态热工设计提供的数据，我们选取布热堆#2为参考。堆芯热功率

t N 2775MW

参照布热堆#2所用元件最大热流密度2

max q (KW/m )和核热管因子q F N 、工程热管因子q F E

，可定出元件平均热流密度2(KW/m )q ：

max 2

q /(F .F )

1500/(2.32 1.03)627.7KW/m

N E q q q ===

根据选定的堆芯高度L=3.8m ，元件外径d 0.95cs cm =，燃料发热份额u F =0.97，可求得堆芯内元件总数：t N=N ./(d Lq)37987u cs F =π

组件中控制棒导向管及仪表管的数目分别为24和1，每个组件内的元件棒根数为264，并由它确定组件数目的计算值：u N/n =143.8，考虑堆芯内组件布置的对称性，选定堆芯内组件数目的设计值144cl n =

由选定组件的边长cl T 21.402cm =及n cl ，可求得堆芯的相当直径（m ）： 2

ef D .T /(/4) 2.9125m cl cl n =

=π

2、平均管冷却剂的焓场

给定的堆总流量3t W 4767510(kg/hr)=⨯，由附录可查得堆芯的有效流量（

3s -4553010/t kg hr

=⨯（1ζ）.W ），平均质量流速：

m G (1)W /(3600n A )3572.27s t cl cl =-=ζkg/s

其中2cl A 245.86cm =为组件内冷却剂的有效流通截面积

平均管平均热流密度的设计值为：2q=N./(n .n .d .L)627.2KW/m t u cl u cs F =π

()sin

2

z z L π

π

φ=

cs

,,,0

()().z

f m f m in m b q d H z H z dz

G A πϕ=+

⎰

2

22

2

2

b A =1.26-3.140.95/4=0.88cm 4

cs P d π

=-

⨯

cs ,,,0

()().z

f m f m in m b

q d H z H z dz

G A πϕ=+

⎰

20627218 3.14.0095=1263.98k J -s i n 3572.3/0.880.00012

3.8

1263.98113.08c o s /3.8

z W m zdz kg s m KJ kJ

kg ⨯⨯⨯⨯=-⎰ππ

　π

计算出口焓值

f,H 1490.14/kJ kg

=m,out ，反查温度为325.98℃

冷却剂平均焓值为1377.06kJ/kg,反查温度为307.19℃

根据307.2℃，15.5MPa 查得密度3726.27/kg m ρ=；-5=8.3310.a p s ⨯μ　

3.平均管的压降计算

提升压降

由平均管冷却剂的焓值和系统的压力查得

平均密度3

726.27/kg m ρ=；平均动力粘度-5=8.3310.a p s ⨯μ　

2

1

el,m 726.279.8 3.827046.3z z z p gd gL pa

ρρ∆===⨯⨯=⎰

加速压降

平均通道冷却剂入口温度285.6℃，15.5MPa,查得1ρ=755.24kg/m3

-59.1210p .a s =⨯μ

平均通道冷却剂出口温度325.98℃，15.5MPa,查得2ρ=663.69kg/m3

-57.7210p .a s =⨯μ

2

122A,212

1

1

1

11

()(

)3572.27(

)2330.76663.69755.24

v m v m m v p vd G v v G pa ρρρ∆==-=-

=⨯-=⎰

摩擦压降

栅距1.26cm ，燃料棒直径0.95cm, 堆芯中部22

1.260.250.954(

0.83m,4 1.260.950.95e D c -⨯=⨯=⨯-+π（）π

但是考虑边缘栅格，当量直径会变大，估算得10.5mm,但是不会大于12.6mm,保守估计取一个较大的当量直径11.9mm 。