反应堆热工
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➢ 气密性丧失缺陷<=0.2% ➢ 燃料与冷却剂直接接触<=0.02%
2020/3/30
核科学与技术学院
6
Harbin Engineering University
热工水力设计准则
燃料元件表面不允许发生沸腾临界
➢ DNBR=计算值或实验值/当地热负荷 ➢ MDNBR ➢ 正常运行和预期事故条件下，MDNBR=1.3∈0.95; ➢ 额定功率运行时，MDNBR=1.9； ➢ 偏离额定功率运行，MDNBR=1.3； ➢ 反应堆运行功率超过35%，MDNBR=1.18；
范围：热工设计准则的适用性、发展性和保守性
2020/3/30
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反应堆热工设计的目的
在稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况下， 确保反应堆的安全性
保证可靠连续堆芯冷却 限制稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况
下燃料包壳破损极限
5.2 堆芯冷却剂流量分配
堆芯冷却剂流量分配设计
目的
➢ 尽可能提高堆芯输出功率 ➢ 尽可能提高堆芯安全余量
重要性：
➢ 反应堆热工设计的重要边界条件
2020/3/30
核科学与技术学院
13
Harbin Engineering University
压水反应堆内流量分配不均匀原因
涡流导致堆芯进口静压分布不均匀 冷却剂流动通道位置影响 燃料元件、组件等机械偏差引起的
通道尺寸偏差 冷却剂物性对流动特性的影响
2020/3/30
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Harbin Engineering University
压水反应堆内流量分配确定方法 根据基本守恒方程组解析求解 通过水力模型试验 堆芯内冷热态实验实测数据 CFD计算方法
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2020/3/30
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反应堆冷却系统的安全要求和可靠性要求
安全：影响到运行人员和周围居民生命和健康的 较大事故
可靠性：不影响运行人员和周围居民生命和健康 的较小事故
2020/3/30
核科学与技术学院
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Harbin Engineering University
压水反应堆内流量分配问题分类
闭式通道内的流量分配 开式通道内的流量分配
2020/3/30
Fra Baidu bibliotek
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闭式通道内的流量分配计算 堆芯冷却剂通道进口处压力分布 堆芯冷却剂通道出口联箱压力分布或值
基本守恒方程组
Wi (1 s )Wt
i
pi,in pex pi
Harbin Engineering University
主要内容
5.0 概述 5.1 反应堆热工设计准则 5.2 堆芯冷却剂流量分配 5.3 热管因子和热点因子 5.4 典型临界热流密度关系式 5.5 单通道模型堆芯稳态热工分析
2020/3/30
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1
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算方法 掌握蒸汽发生器工作条件
2020/3/30
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5.1 反应堆热工设计准则
热工设计准则
定义：为确保反应堆运行安全可靠，预先规定了 反应堆冷却系统在热工设计时必须遵守的要求
热工设计的依据、反应堆系统设计的原始条件之 一、运行规程的边界条件
2020/3/30
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热工水力设计准则
燃料芯块最高温度应低于芯块熔化温度
➢ 不同类型燃料要求不同 ➢ UO2陶瓷型燃料熔点2805±15℃ ➢ UO2陶瓷型燃料熔点受UO比、燃耗以及杂质影响 ➢ 反应堆燃耗深度条件下，2650℃左右 ➢ T0介于2200-2450℃之间 ➢ 保守估计1800℃
Aid[hi dt
(z)]
Widhi (z) dz
ql
(z)
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热工水力设计准则
流动不稳定性准则
➢ 近期反应堆设计允许堆芯内出现沸腾 ➢ 某些通道甚至允许发生容积沸腾 ➢ 不允许所有通道都发生容积沸腾 ➢ 限制容积沸腾采用限制堆芯出口平均温度限制(<15℃) ➢ 限制流动不稳定性限制堆芯最热通道含气率<5%
5.0 概述
反应堆热工设计的任务：
设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统
反应堆热工设计的目的：
在稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况下， 确保反应堆的安全性
反应堆热工设计相关领域：
反应堆物理、结构、材料、以及控制等
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热工水力设计准则
包壳工作温度限制
➢ 一般压水反应堆使用Zr-4合金（Sn,Fe,Cr,Ni,Nb） ➢ Zr-4或Zr-2合金的吸氢脆化现象 ➢ 限制包壳材料的表面温度350℃（田湾352℃） ➢ 限制包壳材料的整体温度
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热工水力设计准则
堆芯流量限制
➢ 基本原则：保证保守性，安全性 ➢ 冷却流量不小于设计最小值 ➢ 冷却流量不大于最大设计值 ➢ 传热分析取其最小值 ➢ 应力计算选择最大值
2020/3/30
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反应堆热工设计边界及要解决问题包括：
定反应堆型 选定边界参数 匹配一二回路 确定流动及传热参数 确定安全相关准则是否满足 确定最终设计方案
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本章重点内容
反应堆稳态热工设计准则概念 基本设计准则内容 堆芯冷却剂流量分配基础知识 堆芯输热极限及热工限制 临界热负荷、DNBR以及影响因素，了解基本计
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热工水力设计准则
燃料元件表面不允许发生沸腾临界
➢ DNBR=计算值或实验值/当地热负荷 ➢ MDNBR ➢ 正常运行和预期事故条件下，MDNBR=1.3∈0.95; ➢ 额定功率运行时，MDNBR=1.9； ➢ 偏离额定功率运行，MDNBR=1.3； ➢ 反应堆运行功率超过35%，MDNBR=1.18；
范围：热工设计准则的适用性、发展性和保守性
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反应堆热工设计的目的
在稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况下， 确保反应堆的安全性
保证可靠连续堆芯冷却 限制稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况
下燃料包壳破损极限
5.2 堆芯冷却剂流量分配
堆芯冷却剂流量分配设计
目的
➢ 尽可能提高堆芯输出功率 ➢ 尽可能提高堆芯安全余量
重要性：
➢ 反应堆热工设计的重要边界条件
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压水反应堆内流量分配不均匀原因
涡流导致堆芯进口静压分布不均匀 冷却剂流动通道位置影响 燃料元件、组件等机械偏差引起的
通道尺寸偏差 冷却剂物性对流动特性的影响
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压水反应堆内流量分配确定方法 根据基本守恒方程组解析求解 通过水力模型试验 堆芯内冷热态实验实测数据 CFD计算方法
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反应堆冷却系统的安全要求和可靠性要求
安全：影响到运行人员和周围居民生命和健康的 较大事故
可靠性：不影响运行人员和周围居民生命和健康 的较小事故
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闭式通道内的流量分配 开式通道内的流量分配
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闭式通道内的流量分配计算 堆芯冷却剂通道进口处压力分布 堆芯冷却剂通道出口联箱压力分布或值
基本守恒方程组
Wi (1 s )Wt
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pi,in pex pi
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主要内容
5.0 概述 5.1 反应堆热工设计准则 5.2 堆芯冷却剂流量分配 5.3 热管因子和热点因子 5.4 典型临界热流密度关系式 5.5 单通道模型堆芯稳态热工分析
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算方法 掌握蒸汽发生器工作条件
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热工设计准则
定义：为确保反应堆运行安全可靠，预先规定了 反应堆冷却系统在热工设计时必须遵守的要求
热工设计的依据、反应堆系统设计的原始条件之 一、运行规程的边界条件
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热工水力设计准则
燃料芯块最高温度应低于芯块熔化温度
➢ 不同类型燃料要求不同 ➢ UO2陶瓷型燃料熔点2805±15℃ ➢ UO2陶瓷型燃料熔点受UO比、燃耗以及杂质影响 ➢ 反应堆燃耗深度条件下，2650℃左右 ➢ T0介于2200-2450℃之间 ➢ 保守估计1800℃
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热工水力设计准则
流动不稳定性准则
➢ 近期反应堆设计允许堆芯内出现沸腾 ➢ 某些通道甚至允许发生容积沸腾 ➢ 不允许所有通道都发生容积沸腾 ➢ 限制容积沸腾采用限制堆芯出口平均温度限制(<15℃) ➢ 限制流动不稳定性限制堆芯最热通道含气率<5%
5.0 概述
反应堆热工设计的任务：
设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统
反应堆热工设计的目的：
在稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况下， 确保反应堆的安全性
反应堆热工设计相关领域：
反应堆物理、结构、材料、以及控制等
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包壳工作温度限制
➢ 一般压水反应堆使用Zr-4合金（Sn,Fe,Cr,Ni,Nb） ➢ Zr-4或Zr-2合金的吸氢脆化现象 ➢ 限制包壳材料的表面温度350℃（田湾352℃） ➢ 限制包壳材料的整体温度
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热工水力设计准则
堆芯流量限制
➢ 基本原则：保证保守性，安全性 ➢ 冷却流量不小于设计最小值 ➢ 冷却流量不大于最大设计值 ➢ 传热分析取其最小值 ➢ 应力计算选择最大值
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反应堆热工设计边界及要解决问题包括：
定反应堆型 选定边界参数 匹配一二回路 确定流动及传热参数 确定安全相关准则是否满足 确定最终设计方案
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本章重点内容
反应堆稳态热工设计准则概念 基本设计准则内容 堆芯冷却剂流量分配基础知识 堆芯输热极限及热工限制 临界热负荷、DNBR以及影响因素，了解基本计