麻省理工学院(MIT)相关课程习题6

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在压水堆的一回路系统中，压力是靠一个稳压器来控制的。稳压器是一个内直径为2米的圆柱形的钢制容器，里面装着水和水蒸汽，通过一根波动管与一回路相连，如图1所示。稳压器内有一组电加热器淹没在水下，当稳压器内的水向外排的时候，电加热器会启动以维持压力。

图1 稳压器示意图

问题：

a)（15%）按照ASME的总薄膜应力要求规范计算设计压力为17Mpa

的稳压器圆柱部分的最小壁面厚度。（在本题的温度范围内，最大许用应力强度为Sm=184MPa，可用薄壳近似计算应力）

b)(20%)假设有3500kg水流出稳压器，为了维持15.5MPa的额定压

力，写出计算总加热量的完整方程组。（假设此过程中保持热力平衡，稳压器的初始条件和相关15.5MPa下的热力参数见表1，解释所有假设均蕴含在你的计算中）

c)(5%) 1.b的答案与过程的持续时间有关吗？做必要的解释。

d)(10%) 电加热器包含30个1cm粗的圆柱形热阻，总释热功率为

3MW。在电加热器表面CHF的限制不能超过，试计算满足要求的加热器最小长度。（15.5MPa的池式沸腾曲线见图2）

e)(5%) 如果在电加热器满功率的情况下，稳压器突然降压到

10MPa，请问问题“d”中不发生沸腾临界的条件还能满足吗？解释之。

问题#2（35%）——隔离冷凝器内的空泡分额和压降计算一个现代沸水堆采用一个隔离冷凝器来移出一台给水泵失效触发停堆情况下堆内的停堆衰变余热，隔离冷凝器接收50kg/s的280o C 蒸汽并完全把它冷凝。隔离冷凝器包括200根内直径为3cm，长度为12m的水平圆管，蒸汽在管内流动（图3所示），管子泡在一个大气压的水中。

问题：

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