核反应堆热工基础-第六章解析

当不考虑在堆芯进口处冷却剂流量分配的不均匀， 以及不考虑燃料元件的尺寸、性能等在加工、安装、 运行中的工程因素造成的偏差，单纯从核方面考虑— —核热通道、核热点。
在知道堆的功率、传热面积以及流量等条件以后， 确定堆芯内热工参数的平均值是比较容易的。但是堆 芯功率的输出不受热工参数平均值的限制，而是受堆 芯最恶劣的局部热工参数值的限制。而要得到局部的 热工参数却不是一件容易的事。
FqN
来自百度文库
堆芯标称最大热流密度 堆芯平均热流密度
qn,max q
FNH
堆芯标称最大焓升 堆芯平均焓升
H n,max H
各种堆的核热管因子（未考虑局部峰）
堆芯的几何形状
核热点因子（功率峰因子）
球形 直角长方形 圆柱形 圆柱形(裸,径向通量展平) 圆柱形(有反射层) 游泳池式堆(水做反射层)
3.29 3.87 3.64 2.4~2.6 2.4 2.6
为了定量分析由工程因素引起的热工参数偏离名 义值的程度，引入工程热管因子FEΔH和工程热点因子 FEq 。
FqE
堆芯热点最大热流密度 堆芯标称最大热流密度
qh,m a x qn,m a x
FNH
堆芯热通道最大焓升 堆芯标称最大焓升
H h,m ax H n,m ax
综合考虑核和工程两方面的因素后，热流密度 热点因子Fq和焓升热管因子（热通道因子）FΔH 为
第3节 临界热流密度与最小DNBR 1. 临界热流密度
在压水堆的热工设计中，不但允许堆芯冷却剂发 生过冷沸腾，而且还允许在少量冷却剂通道中发生饱 和沸腾，其目的在于在一定的系统压力下，提高堆芯 出口处的冷却剂温度，从而改善整个核电站的热效率。 但是，燃料元件表面与冷却剂间的放热强度并不随汽 泡的增加而单调上升，有时可能发生燃料元件表面的 沸腾临界，此时燃料元件表面与冷却剂间的传热急剧 恶化，导致燃料元件包壳烧毁。因此对于水堆中的沸 腾工况进行研究极为重要。
• 混合法 在这种方法中，是把燃料元件和冷却剂通道的加工、安装及 运行中产生的误差分成两大类，一类是非随机误差或系统误 差（乘积法）；另一类是随机误差或偶然误差（按误差分布 规律用相应公式计算）。
3. 降低热点因子和热管因子的方法
热管因子及热点因子的值是影响堆热工设计安全 性和技术经济指标的重要因素，因此必须设法降低总 的热管（点）因子的值。热管（点）因子是由核和工 程两方面不利因素造成的，因而要减小它们的数值必 须从这两方面着手。
（4）在稳态和可顶计的动态运行过程中，不允许发生 流动不稳定性。
偏离泡核沸腾比（DNBR）
用合适公式计算得到某 点的临界热流密度
DNBR
该点的实际热流密度
最小偏离泡核沸腾比（MDNBR）——整个堆芯中 DNBR的最小值。
第2节 热通道因子和热点因子
1. 定义
热通道（热管）：堆芯内积分功率输出或焓升最大的 冷却剂通道（也就是发出功率最大的燃料元件所对应 的通道）。 热点：燃料元件表面热流密度最大或燃料元件线功率 密度最大的点。 平均管：一个具有设计的名义尺寸、平均的冷却剂流 量和平均释热率的假想通道，反映整个堆芯的平均特 性。
为了衡量各有关的热工参数的最大值偏离平均值 的程度，引进了一个修正因子，这个修正因子就称为 热管因子或热点因子。它们是用各有关的热工（或物 理）参数的最大值与平均值的比值来表示的。
通常把热管因子、热点因子分为两大类: 一类是核热管因子、 热点因子 一类是工程热管因子、热点因子
为了定量地表征热管和热点的工作条件，如果不 考虑堆芯中控制棒、水隙、空泡和堆芯周围反射层的 影响，堆芯功率分布的不均匀程度常用热流密度核热 点因子FNq来表示。反应堆早期，人为地把热点位于热 管内，故提出焓升核热管因子（热通道因子） FNΔH 。 即
热工设计的过程：
方案设计
初步设计
施工设计
3. 热工设计准则的概念
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。
压水堆主要热工设计准则：
（1）燃料元件芯块内最高温度应低于相应燃耗下的熔 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能 得到充分冷却；在事故工况下能提供足够冷却剂以排出 堆芯余热；
核反应堆热工基础
教师：刘晓辉 成都理工大学 核技术与自动化工程学院
第六章 反应堆稳态热工设计
第1节 概述 1. 热工设计涉及面广：
堆物理设计 元件设计（燃料元件） 结构设计 控制系统设计 一回路系统设计 二回路系统设计
2. 反应堆热工设计所要解决的具体问题——
就是在堆型和为进行热工设计所必需的 条件已经确定的前提下，通过一系列的热工水 力计算和一二回路热工参数的最优选择，确定 在额定功率下为满足反应堆安全要求所必需的 堆芯燃料元件的总传热面积、燃料元件的几何 尺寸以及冷却剂的流速、温度和压力等，使堆 芯在热工方面具有较高的技术经济指标。
降低核热管因子和热点因子：
✓ 沿堆芯径向装载不同浓缩度的核燃料； ✓ 在堆芯周围设置反射层； ✓ 固体可燃毒物的适当布置以及控制棒分组及棒位
的合理确定； ✓ 采用化学补充。
降低工程热管因子和热点因子：
✓ 合理控制有关部件的加工及安装误差； ✓ 精细进行结构设计和堆本体水力模拟实验； ✓ 改善下腔室冷却剂流量分配不均匀性； ✓ 加强相邻燃料元件冷却剂通道间的流体横向交混。
Fq
FqN FqE
qn,max qh,max qh,max
q qn,max
q
FH
FNH
FEH
Hn,max Hh,max H Hn,max
H h,m ax H
2. 工程热点因子和热管因子的计算
• 乘积法 在反应堆发展的早期，由于缺乏经验，为了确保堆的安全， 通常就把所有工程偏差看成是非随机性质的，因而在综合计 算影响热流量的各工程偏差时，保守地采用了将各个工程偏 差值相乘的方法，即所说的乘积法。
具体包括：
✓根据所设计的堆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 等的种类；
✓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；
✓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。