反应堆热工分析课程设计

《核反应堆热工分析》课程设计

学生：杨伟

学号：********

指导教师：***

专业：核工程与核技术

完成时间:2012年7月5日

重庆大学动力工程学院

二O一二年六月

通过本课程设计，达到以下目的：

(1)深入理解压水堆热工设计准则；

(2)深入理解单通道模型的基本概念、基本原理。包括了解平均通道（平均

管）、热通道（热管）、热点等在反应堆热工设计中的应用；

(3)掌握堆芯焓场的计算并求出体现反应堆安全性的主要参数；烧毁比

DNBR，最小烧毁比MDNBR，燃料元件中心温度t0及其最高温度t0,max，包壳表面温度t cs及其最高温度t cs,max等；

(4)求出体现反应堆先进性的主要参数：堆芯流量功率比，堆芯功率密度，

燃料元件平均热流密度（热通量），最大热流密度，冷却剂平均流速，冷却剂出口温度等；

(5)通过本课程设计，掌握压水堆热工校核的具体工具；

(6)掌握压降的计算；

(7)掌握单相及沸腾时的传热计算。

某压水堆的冷却剂和慢化剂都是水，用UO2作燃料，用Zr-4作燃料包壳材料。燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，采用正方形排列。已知参数如表1所示：

将堆芯自下而上分为6个控制体，其轴向归一化功率分布如表2所示：

表2：

堆芯归一化功率分布

3 计算过程及结果分析

3.1流体堆芯出口温度(平均管)

)

1(***..ζ-+

=p t

a in f out f C W N F t t

按15.5MPa 下流体平均温度 =(t f,out + t f,in )/2查表得。 假设出口温度为320，则=（292.4+320）/2=306.2，差得=5.836KJ/Kg 。

20.24633.6*)

05.01(*836.5*685003016000

974.0..=-⨯+

=in f out f t t

由于 |320 -320.246|<0.5 满足条件

3.2燃料棒表面平均热流密度

= W/

式中为堆芯内燃料棒的总传热面积

=

燃料棒表面最大热流密度

=

W/

燃料棒平均线功率

== W/m

燃料棒最大线功率

=

W/m

根据以上已知的公式查表可计算得： =

=

==/=648832.385 W/

==

===W/m ==W/m

3.3平均管的情况

平均管的流速

式中，堆芯内总流通面积

=[()]

为燃料组件内正方形排列时的每一排（列）的燃料元件数。

由压力以及流体的平均温度查表得到：=

根据以上公式，查表有：

=[()]

=157[17*17*(0.0126*0.0126-3.14159*0.0095*0.0095/4)+(4*17*0.0126*0.00 057/2)]

=4.0256

==713.0373895 Kg/

=

3.4为了简化计算，假定热管内的流体流速和平均管的V相同。（实际上，应

按照压降相等来求。热管内流体流速要低一些）。则

同样，热管四根燃料元件间组成的单元通道内的流量

=

=

所以，根据查表一及以上算出的数据可以得出：

==-

===1.42056 t/h

3.5热管中的计算

（1）热管中的流体温度：

自下而上控制休号 1 2 3 4 5 6

Phi.1 (z) 0.48 0.98 1.61 1.54 1.03 0.38 上述公式中，对于每一控制体，只有两个变量比热容和，一般采

用迭代法，可求的对于每一个控制体的出口为温度.而但对于每一个控制体的高度Z=i*L/6，通道长度为=L/6。

①第一控制体出口温度

=310℃时，平均温度=301.2℃, 在压力P=15.5MPa下，查

《核反应堆热工分析》附录Ⅲ-5，用插值法可求的值，按上述公式算出口温度如下：

292.4℃

+

296.2℃

再将得出的温度值带回公式计算，迭代几次，满足|-|<0.5为止。可得=296.5096583954℃，=294.4548291977℃，平均温度下=5.123

KJ/(Kg. ℃)

同理可求得：

第二控制体，=304.342805319118℃，

第三控制体：=315.958089043401℃

第四控制体：=325.980709114068℃

第五控制体: =332.1℃

第六控制体: =334.334002118654℃

②出口处包壳外壁温度：

=+

=+

式中：h(z)可以用Nu==来求。

所以，h(z)=

式中：Re=

流体的k(z)、和Pr数根据流体的压力和温度由表查得。

如果流体已经达到过冷沸腾，用Jens-Lottes公式：

作为判别式。

当时，用前面的式子

当时，用代替

根据以上公式，由压力15.5MPa和第一控制体流体出口温度= 296.5096583954℃下，查《核反应堆热工分析》附录Ⅲ-4，用插值法可求ｕ=,

查附录Ⅲ-6用插值法可求K(L/6)=,查附录Ⅲ-1，用插值法可求Pr=0.916390731539

由上述公式可求得

所以Re

638895.431832063