反应堆稳态热工设计原理

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1、5.1引言5.2反应堆热工设计准则5.3热管因子和热点因子5.4临界热流密度与最小DNBR5.5单通道模型反应堆热工设计的一般步骤概况5.6子通道模型的反应堆稳态热工设计概述第五章反应堆稳态热工设计原理5.1引言反应堆热工设计的目标设计一个既安全可靠又经济的输热系统热工设计涉及面广：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

2、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。反应堆热工设计所要解决的具体问题5.1引言3反应堆热工设计的前提(1)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(2)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(3)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(4)二回路对一回路冷却剂热工参数的要求(5)冷却剂流过堆芯的流程以及堆芯进口处冷却剂流量的分

3、配情况4热工设计的任务：设计燃料组件设计总传热面积设计冷却剂：温度分布；压力分布；流速分布。热工设计的过程：方案设计初步设计施工设计55.2反应堆热工设计准则概念：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。内容：燃料元件外表面不允许发生沸腾临界燃料元件芯块最高温度应低于熔化温度在稳态额定工况时，要求在计算的最大热力功率情况下，不发生流动不稳定性。61.燃料元件外表面不允许发生沸腾临界通常用DNBR来定量地表示

4、这个限制条件，该准则规定，在计算的最大热功率下，堆芯最小DNBR不应低于某一限值。2.燃料元件芯快最高温度小于限值对于二氧化铀为燃料的压水堆，该限值大多介于2200～2450oC之间（<2800oC）3.在稳态额定工况不发生流动不稳定性对于压水堆，只要堆芯最热通道出口附近冷却剂的含汽量小于某一数值，既不会发生流动不稳定性。5.2压水堆的热工设计准则7燃料元件表面最高温度小于限值　　燃料元件中心最高温度小于限值　　燃料元件和结构材料的热应力小于限值高温气冷堆的热工设计准则85.3热管因子及热点因子

5、热管、热点与平均管　　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，堆芯内存在着某一积分功率输出最大的燃料元件冷却剂通道，即热管。　　同时堆芯内还存在着某一燃料元件表面热流量最大的点，即热点。9热管：积分功率输出最大的冷却剂通道热点：燃料元件表面热流量最大的点认为：热点位于热管内平均管是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。为何要引入热管（点）因子的概念？10

6、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。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。热管因子和热点因子11核热管因子与热点因子通常把热管因子分为两大类:一类是核热管因子一类是工程热管因子12为了定量地表征热管

7、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量核热点因子来表示，反应堆早期，人为地把热点位于热管内，故也称为热流量核热管因子。即13圆柱形核燃料均匀装载的非均匀堆14对于裸堆，R=Re及LR=LRe，对于大型动力堆，粗略计算可取该值，故有15堆芯的几何形状核热管因子球形3.29直角长方形3.87圆柱形3.64圆柱形(裸,径向通量展平)1.57圆柱形(有反射层)2.4游泳池式堆(水做反射层)2.6各种堆的核热管因子（未考虑局部峰）16为了定量

8、分析由工程因素引起的热工参数偏离名义值的程度，引入工程热管因子概念：工程热管因子及热点因子17故同时考虑核和工程两方面的因素后工程热管因子及热点因子18工程热管因子及工程热点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。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