核反应堆热工分析09..

第九章
堆芯稳态热工分析
反应堆热工设计的任务:
就是要设计一个既安全可靠而又经济的堆芯输热系统。 在进行反应堆热工设计之前，由各专业讨论并初步确定的前提为：
根据所设 计堆的用 途和特殊 要求选定 堆型，确 定所用的 核燃料、 慢化剂、 冷却剂和 结构材料 的种类
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
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9.2.4 热管因子和热点因子的应用
乘积法：就是指把所有最不利的工程偏差都同时集中作用 在热管或热点上。 混和法：把工程误差分为非随机误差和随机误差两大类，先 分别计算各类误差，最后再把它们综合起来。
下面就根据前述工程热管因子及热点因子的计算方法，先分别计算 各分因子的值而后再综合成总的工程热管因子及工程热点因子
F
N H
hmax 热管最大焓升 ＝ 堆芯平均管焓升 h
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9.2.2 工程热管因子和工程热点因子
由于工程上不可避免的误差，会使堆芯内燃料元件的热流密度、 冷却剂流量、冷却剂焓升以及燃料元件的温度等偏离名义值。 定量分析由工程因素引起的热工参数偏离名义值的程度， 热流密度工程热点因子 FqE 和焓升工程热管因子 FE H
热管和热点对确定堆芯功率的输出量起着决定性的作用。
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堆芯功率分布的不均匀程度常用热流密度核热点因FqN 来 表示，有时也称热流密度核热管因子。
堆芯最大热流密度 qmax N N F ＝ FR FZ 堆芯平均热流密度 q
N q
热管和平均管中冷却剂焓升的比值，称为焓升核热管因子。 用 FN H 表示。
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热流密度工程热点因子 FqE
FqE
qh,max qn,max

qn,max q qn,max
1
q 1 3( ) qn,max qn,max
qE
焓升工程热管因子
由燃料芯块直径、密度及裂变物质富集度的加工误差所引起的焓升工程热管因子
FE H ,1 1 3(
提高冷却剂的工作压力 提高冷却剂的流量 适当选定堆冷却剂的工作温度
燃料元件外表面 不允许发生沸腾 临界
必须保证正常运 行工况下燃料元 件和堆内构件能 得到充分冷却； 在事故工况下能 提供足够的冷却 剂以排出堆芯余 热
在稳态工况下和 可预计的瞬态运 行工况中，不发 生流动不稳定性
3Leabharlann 燃料元件外表面不允许发生沸腾临界，通常用临界热流密 度比（DNBR）来定量地表示这个限制条件。 DNBR的定义是：
[
2 (4 P dcs , n ) /( d cs , n ) 2 h ,min
2
d
2 cs , h ,max
) /( dcs ,h,max )
]
1 b 2 b
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堆芯下腔室冷却剂流量分配不均匀的焓升工程热管分因子
F
E H ,3

Qn,max / Wh,min,3 Qn,max / W

W W h,min,3
Wh,min,3 Wh,min,4
考虑热管内冷却剂流量再分配时的焓升工程热管分因子
F
E H ,4

hh,max,4 hn,max,3

Qn,max / Wh,min,4 Qn,max / Wh,min,3

考虑相邻通道冷却剂间相互交混的焓升工程热管分因子
F
E H ,5
N q E q
hn,m ax hh,m ax hh,max FH＝F F = ＝ h hn,m ax h
N H E H
同时考虑核和工程两方面因素后，热管和热点的定义为： 热管是堆芯内具有最大焓升的冷却剂通道。

热点是燃料元件上限制堆芯功率输出的局部点。
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9.2.3 降低热管因子和热点因子的途径
燃料元件 的形状、 它在堆芯 内的布置 方式以及 栅距允许 变化的范 围
二回路对 一回路冷 却剂热工 参数的要 求
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
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9.1 热工设计准则
压水动力堆设计中所规定的稳态热工设计准则：
燃料元件芯块内 最高温度低于其 相应燃耗下的熔 化温度
热管因子和热点因子在反应堆设计时必须设法降低它们的数值。 要减小它们必须从核和工程两方面着手。
沿堆芯径向 装载不同富集度 的核燃料 在堆芯周围设 置反射层 在堆芯径向 不同位置布置一 定数量的控制棒 和可燃毒物棒
合理地控制有 关部件地加工及 安装误差 兼顾工程热管 因子和工程热点 因子数值地减少 和加工费用地增 加

hh,max,5 hn,max
最后综合各分因子求得的总焓升工程热管因子
E E E E E FE F F F F F H H ,1 H ,2 H ,3 H ,4 H ,5
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9.3 单通道模型的堆芯稳态热工分析
9.3.1 核反应堆热工参数的选择
核电厂反应堆热工参数的选择
适当的选择反应堆热工参数，可以降低电能成本。主要有以下几条： 从提高动力循环热效率 t 来降低电能成本
E H ,1
H n,max
)
由燃料元件冷却剂通道尺寸误差引起焓升工程热管分因子
FE H ,2
W Wh,min,2

[ ADe
(
1b ) 2 b 1 b ) 2 b
]m ]h
[ ADe
(
P
Pn2
2 h ,min

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2 dcs ,n

4
d cs ,h,max (4 P
DNBR 利用专门公式计算得到的堆内某处的临界热流密度 该处的实际热流密度
在整个堆芯内DNBR的最小值称为最小临界热流密度或最小偏离核 态沸腾比或最小DNBR比。
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9.2 热管因子和热点因子
9.2.1 核热管因子和核热点因子
积分功率输出最大的冷却剂通道通常就称为热管或热通道； 某一燃料元件表面热流密度最大的点就称为热点。
堆芯热管最大焓升 hh,max F ＝ ＝ 堆芯名义最大焓升 hn,max
E H
堆芯热点最大热流密度 qh,max F ＝ ＝ 堆芯名义最大热流密度 qn,max
E q
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综合考虑核和工程两方面的因素后，定义热流密度热点因子Fq 和焓升热管因子 FH 为
q n,m ax q h,m ax qh,max Fq＝F F = ＝ q q n,m ax q