压水反应堆的热功率

q max q Fq 0.646 2.55 1.65MW / m 2
q DNB q max DNBR 1.65 1.3 2.14 MW / m 2
2）确定燃料元件表面平均热流密度������ ������ = 0.646������������/������2 ������1 = ������π������������������ = 0.646 × 3.14 × 0.0095 = 0.0193������������/������ ������1,������������������ = ������1 ������������ = 0.0193 × 2.55 = 0.0491������������/������ 3）堆芯等效直径������������������ ������������������ = 式中 T 为正方形组件每边边长（m） 。 因为组件无盒壁，组件间水隙������������ = 1������������ ，相邻组件的燃料元件棒中心距为 13 + 1 = 14mm，故得 ������ 2 = (17 × 13 × 10−3 + 2 × 0.5 × 10−3 )2 = 0.049������2 将������ 2 带入到������������������ 中，得 D������������ = 2.75m 4)热管版高度处水的比焓h
Fq 2.55 FN 1.65 ；DNBR=1.3；又设燃料元件 ， H
内释热份额占总释热量的 97.4%；堆芯高度取 L＝4.2672 m；并近似认为燃料元件表面 最大热流密度、元件表面最高温度和元件中心最高温度都发生在元件半高度处；已知元 件包壳的热导率
kc 0.00547(1.8tcs 32) 13.8[W /(m C)]。试用单通道模型
������ ������ ∆h������ ,������������������ = ∆h ∙ ������∆������ ∙ ������∆������ = 260 × 103 × 1.65 × 1.085 = 465.5������������/������������
假设冷却剂温度变化是线性的，则������������ ,������������ = 286.7℃ 借助水和蒸汽计算程序，查得 当������������ ,������������ = 286.7℃，p=15.51MPa 时，������������ ,������������ = 1266.96 ������������/������������ 故 h L ∆������������������������ 465.5 = ������������ ,������������ + = 1266.96 + = 1499.71������������/������������ 2 2 2 ������ = 327.39 ℃ 2
L 2



121 × ������ 2 ������/4
h 堆芯平均管焓升
L ∆������������������������ = ������������ ,������������ + 2 2
∆h = 堆芯热管最大焓升
������������ 3500 × 106 = = 260������������/������������ ������������������ 13455
共 157 组燃料组件；每个组件内有 24 个控制棒套管和一个中子通量测量管；燃料棒中 心间栅距 P＝13mm,组件间水隙 温度 t R
w 1mm 。系统工作压力
p＝15.51MPa，冷却剂平均
305C ，堆芯冷却剂平均温升 t 27.4C ；冷却剂旁流系数 6% ；
冷却剂设计总流量 14314Kg/s，
=
4×
13 × 10−3
2
− 4 0.0095
������
2
������ × 0.0095
= 0.0132������
热工参数p = 15.51MPa，������������
������ 2
= 327.39 ℃
在给定的热工参数下，运动粘度ν = 0.1209 × 10−6 m2 /s，Pr = 0.8751 ������ ������������������ 4.4744 × 0.0132 ������������ = = = 4.88 × 105 2 0.1209 × 10−6 ν 而 ������������ ������ = 0.023������������ 0.8 ������������0.4 = 0.023 × 4.88 × 105 2
5、掌握压降的计算； 6、掌握单相及沸腾时的传热计算。 7、理解单通道模型的编程方法。 课程设计的考核方式： 1、 报告一份；2、计算程序及说明一份；3、答辩。
二、设计任务（设计题目） 2.2 已知压水反应堆的热功率
Nt 3500Mw ；燃料元Leabharlann 包壳外径 dcs 9.5mm ，
包壳内径
dci 8.6mm ， d 8.19mm ； 芯块直径 u 燃料组件采用 17x17 正方形排列，
qmax 值由热点处的 q DNB 值除以 DNBR 而得。
堆芯燃料棒数目 N 157 (1717 24 1) 41448 平均热流密度
N t Fu 3500 10 6 97.4% q 0.646 MW / m 2 3 d cs LN 9.5 10 4.2672 41448
课程设计报告
( 2013 -- 2014 年度第 二 学期)
名称：核反应堆热工分析课程设计 题目：利用单通道模型进行反应堆稳态热工设计 院系：核学院 班级：核电 1101 班 学号： 1111440113
学生姓名：漆圣培 指导教师：李向斌 设计周数：一周
成绩：
日期： 2014 年 06 月 29 日
式中：������������ 为堆芯燃料元件周围的冷却剂总有效流通截面积（������2 ） ；v������ 为冷却剂平均温度下的 比容（������3 /������������） ； 借 助 水 和 蒸 汽 计 算 程 序 ， 可 得 ������������ = 305℃，������ = 15.51������������������ 时 ， 比 容 v������ = 1.3967 × 10−3 ������3 /������������。 ������������ 应由两部分组成： 一部分是组件内燃料元件棒之间冷却剂的流通面积； 另一部分是组 件间水隙的横截面积，因为流过这个水隙的冷却剂是冷却燃料组件最外面一排燃料元件的， 所以它也属于有效冷却剂的流通面积。因此有 ������ 2 ������������ = ������ ������2 − ������������������ + ������ 4 × (17������)������ 4 式中δ为组件间的水隙宽度为0.001mm。 ������������ = 157 × 264 × 13 × 10−3
借助水和蒸汽计算程序，在工作压力下 ������ 5)热管半高处冷却剂流速 热管内冷却剂流速（或质量流速）的精确计算可按教科书中介绍的方法求解，也可按热 管与平均管压降相等的原则进行迭代求解。作为例子，为简化计算，取热管半高处冷却剂流 速近似等于平均管半高处的流速，则 ������ = ������������������ v������ ������������
0.8
× 0.8751
0.4
= 774.97
在给定的热工参数下，水的热导率κ = 552.8 × 10−3 ������/(������ ∙ ℃)故 ������ κ������������ 0.5528 × 774.97 ������ = = = 32.45 × 103 ������/ ������2 ∙ ℃ 2 ������������ 0.0132 7）计算燃料元件表面最高温度������������������,������������������ ������������������ ,������������������ = ������������ ������ = 2 ∆������������ ∆������������ ,������ ������ ������ + ∆������������ 2 2 ������ 2 ������ 2
2
−
������ × 0.0095 4
2
+ 157
× 4 × 17 × 13 × 10−3 × 1 × 10−3 = 4.20������2 于是 ������ = ������������������ v������ 13455 × 1.3967 × 10−3 = = 4.4744������/������ ������������ 4.20
一、课程设计的目的与要求 反应堆热工设计的任务就是要设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统。 对于反应堆 热工设计，尤其是对动力堆，最基本的要求是安全。要求在整个寿期内能够长期稳定运行， 并能适应启动、功率调节和停堆等功率变化，要保证在一般事故工况下堆芯不会遭到破坏， 甚至在最严重的工况下，也要保证堆芯的放射性物质不扩散到周围环境中去。 在进行反应堆热工设计之前，首先要了解并确定的前提为： （1）根据所设计堆的用途和特殊要求（如尺寸、重量等的限制）选定堆型，确定所用 的核燃料、冷却剂、慢化剂和结构材料等的种类； （2）反应堆的热功率、堆芯功率分布不均匀系数和水铀比允许的变化范围； （3）燃料元件的形状、它在堆芯内的分布方式以及栅距允许变化的范围； （4）二回路对一回路冷却剂热工参数的要求； （5）冷却剂流过堆芯的流程以及堆芯进口处冷却剂流量的分配情况。 在设计反应堆冷却系统时，为了保证反应堆运行安全可靠，针对不同的堆型，预先规定 了热工设计必须遵守的要求， 这些要求通常就称为堆的热工设计准则。 目前压水动力堆设计 中所规定的稳态热工设计准则，一般有以下几点： （1）燃料元件芯块内最高应低于其他相应燃耗下的熔化温度； （2）燃料元件外表面不允许发生沸腾临界； （3）必须保证正常运行工况下燃料元件和堆内构件得到充分冷却；在事故工况下能提 供足够的冷却剂以排除堆芯余热； （4）在稳态额定工况和可预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳定性。 在热工设计中，通常是通过平均通道（平均管）可以估算堆芯的总功率，而热通道（热 管）则是堆芯中轴向功率最高的通道，通过它确定堆芯功率的上限，热点是堆芯中温度最高 的点，代表堆芯热量密度最大的点，通过这个点来确定 DNBR。 热工课程设计主要是为了培养学生综合运用反应堆热工分析课程和其它先修课程的理 论和实际知识，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力。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。 包括了平均通道 （平均管） 、 热通道 （热 管） 、热点等在反应堆设计中的应用； 3、掌握堆芯焓场的计算并求出体现在反应堆安全性的主要参数：烧毁比 DNBR，最小烧 毁比 MDNBR，燃料元件中心温度及其最高温度，包壳表面温度及其最高温度等； 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；