压水堆稳态热工设计

课程设计报告

一、课程设计任务

各类型的反应堆有其不同的特点，即使同为压水堆型，也因其用途不同而在设计指导思想和反应堆性能要求上有所不同。

热工设计的主要任务是：合理的设计各项参数，使得核动力装置发出的电功率满足要求，保证一、二回路的协调以及热工与堆物理、结构和燃料元件设计的平衡，确保反应堆在各种工况下的整定值等。

对于稳态热工设计，计算主要内容可分为一下几点：

（1）求得体现反应堆安全的各项参数：最小烧毁比、燃料元件最高温度等；

（2）求得体现反应堆先进性的一些参数：堆芯功率密度、最大热流密度等；

（3）求得为其他设计部门所需要的参数：燃料芯块的平均温度、总压降、温度场等。

二、计算模型

当前反应堆热工设计中一般选用子通道模型，由于其比较复杂，而且需要的计算资源较多，所以在本课设中采用了简化和改进后的单通道模型。单通道的主要特点如下：（1）它把“平均管”和“热管”看作是孤立的、封闭的，在整个堆芯高度上与相邻通道之间没有冷却剂的动量、质量和热量的交换。为了减小误差，引入了交混

效应的焓升工程热管因子。

（2）它假定，在平均管和热管中只包含一根燃料元件，忽略燃料元件内热流密度的径向变化，只考虑轴向变化。离散后热流密度随高度的变化可以写成线性函数

的形式。

三、设计准则

（1）烧毁准则：在一、二类工况下最小DNBR应大于1.3，在一类工况的额定功率下，为了留有一定的裕度，最小DNBR应大于1.8.

（2）熔化准则：在预计的超功率工况下，UO2最高中心温度应低于2650℃（已考虑辐照使熔点下降的因素）。

（3）在额定功率下，为了留有一定的裕度，UO2最高中心温度应低于2300℃。

四、给定的参数和条件

1.设计任务书要求

这项数据包括：堆芯电功率和堆型，以及一个参考堆型

2.选定参数

这一项数据，包括了用“单通道模型”进行压水堆稳态设计的几乎全部数据，整个课设也是基于这些数据进行的，具体见指导书。

3.参考数据

主要为堆型平均热流密度，它对初始时，堆芯组件类型和具体的排列方式的确定起到至关重要的作用。

五、计算流程

1.Point节点类的构建

在进行计算时，将轴向高度进行了离散处理，分成了若干段，我们可以设置一个类，

这个类中包含了“某一个节点”中的所有参数和计算时所需要的所有函数，具体如

下表所示：

在这个类的基础上，我们就可以构建一个类的数组，用这个数组进行循环计算，便

可以得到各步所需要的参数了。

2.计算流程图

（1）总流程图

（2）堆芯形状计算流程图

注：加速压降p_a，出入口压降p_in，p_ex是不需要进行循环计算的，只需要单独设立一个求解函数即可。

六、程序开发描述

本程序是用C++语言进行编写的，利用了它典型的面向对象的编程思想，将一个个离散的节点抽象为类，然后再基于这个节点类进行计算。

本程序分为三个头文件：can_shu.h，can_shu_2.h，point.h；还有两个源文件，分别为：han_shu.cpp，main.cpp。其中han_shu.cpp主要是为了实现point.h中point类中的各个函数，main.cpp主要用来完成各种的循环计算，can_shu.h为han_shu.cpp提供参数，can_shu_2.h为main.cpp提供参数；另外，两个源文件中都要用到的参数，通过在一个源文件中定义并用extern声明，在另一个源文件中赋值的方法来避免重复定义的错误。

编写时用到的软件是Microsoft Visual C++ 6.0，系统为Windows XP。初始参数（L，工况，计算条件）的输入直接从cmd.exe输入，输出文件为“课程设计.xls”，默认在C：\目录下。

七、计算结果和综合评估

1.正常工况下，17*17组件计算结果

（1）总压强图

（2）芯块中心最高温度图

（3）平均线功率密度图

（4）最小DNBR（W-3）图

（5）最小DNBR（WBR1）图

2.正常工况下，3种组件的比较（结尾余弦）

（1）总压强比较

（2）芯块中心最高温度比较

（3）平均线功率密度比较

（4）最小DNBR（W-3）比较

（5）最小DNBR（WBR1）比较

八、最佳方案及堆芯结构

1.选定的工况

2.选择理由

（1）首先，由第七步的第1组图（17*17计算结果）可得，对于同一种组件排列方式，它的不同工况的计算结果的变化趋势是相同的，因此在选择最佳方

案时只需要比较不同方案的一种工况就可以了；

（2）第七步的第2组图就是，各种不同的方案在结尾余弦工况下，计算结果的比较。由上可得，18*18排列方案的DNBR值在L相同时是最大的，所以选

择组件排列方式为18*18；它在L=3.63附近时，有最小的燃料芯块中心温

度，最小的线功率，而且这也是所有已列出的方案中最小的，因此选择L=3.63。

这就是最佳方案选择的经过。

3.最佳方案下的计算结果

（1）正常工况

（2）118%额定功率分布

4.分析

由第3步最佳方案的计算结果可以看到，118%额定功率时，由WBR1公式计算得到的DNBR值为1.1276，小于1.17，不符合设计标准，但相差较小，考虑到计算模型本身的保守性，可以认为该最优方案仍是合理的。除了这一点，其他的计算值都是符合设计标准的。

九、收获与体会

首先，还是要感谢老师和助教师兄的辛勤指导。通过这次课程设计，我掌握了用“单通道模型”对压水堆进行稳态热工设计的基本原理以及一些具体的注意事项，并通过具体的程序的编写，实现了稳态压水堆最优方案的设计。自己以后也会从事于这一行业，这次课程设计，也使得我初步了解到了以后基本的工作内容，同时，第一次编写这么大的一个程序，对自己的编程和思维能力也起到了一定的锻炼作用。

参考文献

【1】贾宝山，《压水堆稳态热工设计指南》

【2】俞冀阳，贾宝山，《反应堆热工水力学》

【3】郑莉，董渊，张瑞丰，《C++语言程序设计（第3版）》