核反应堆稳态工况的水力计算

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1、√4.1稳态工况下水力计算的任务√4.2流体力学的一些基本知识√4.3单相冷却剂的流动压降计算√4.4汽—水两相流动及其压降计算4.5流量计算4.6流量分配4.7通道断裂时的临界流4.8流动不稳定性第四章核反应堆稳态工况的水力计算4.5流量计算一、封闭回路中的流动压降二、强制循环流量三、自然循环流量2一、封闭回路中的流动压降计算反应堆回路的总压降通常采取的步骤是，首先根据流体在回路中的受热情况（加热、冷却、等温）把回路划分成若干段，算出每一段内的各种压降之和，然后再把各段的压降相加，即得到整个回路的总压降。假设把回路划分成i段，则总压降

2、的数学表达式可以写成3对于闭合回路来说，系统中所产生的加速压降之和为零。即=0。这上式就变成一、封闭回路中的流动压降4二、强制循环流量为了使流体在回路中稳定地流动，必须有克服摩擦压降和形阻压降的推动力。如果这种推动力由泵或鼓风机提供，这样的流动称为强制循环流动。设泵所提供的驱动压头(若转换为水柱的高度则称为泵的扬程)为Δpp，整个回路的总压降为Δpt，则在强制循环流动中有：Δpp=Δpt5泵的选择与回路压降6三、自然循环流量概念：若回路中流体的循环流动是依靠回路中流体本身的密度差所产生的驱动压头作为推动力，这样的流动称为自然循环流动。7

3、三、自然循环流量显然，在自然循环情况下，Δpp=Δpt=0，于是有：若用Δpd表示驱动压头，，用Δpup和Δpdo分别表示上升段内和下降段内的压降损失之和，则通常把克服了上升段压力损失之后的剩余驱动压头称为有效压头Δpe，这样就有Δpe=Δpd-Δpup这样就得自然循环基本方程式Δpe=Δpdo8假定释热功率不变，则流量增大，导致出口温度下降，出口冷却剂的密度上升，驱动压头下降，而阻力压降随着流量上升而增大。确定自然循环流量的方法是：驱动压头等于阻力压头9一般来说，设计自然循环反应维装置时，应首先根据设计的要求选择活性区的平均温度，而后

4、通过装置的结构设计、装置的布置以及采用一些其他的技术措施，使流量满足安全准则的要求。对强制循环反应堆，也需要确定它的自然循环的能力。当压水堆发生断电事故时，主循环泵停止运转。即使已快速停堆，但由于还有剩余中子功率和衰变热，燃料元件会继续释出热量。若反应堆具有较大的自然循环能力，就可以把堆内的热量导出，防止事故发生。因此，主冷却剂系统的自然循环能力是评价反应堆安全性的一项指标。对于核动力船来说，具有较大的自然循环能力更为重要，它表明在主循环泵停止运转的工况下船具有低速航行的能力。据报道，美国的三叉戟核潜艇用的就是自然循环冷却的压水堆。10

5、自然循环流量的确定一般说来，自然循环水力计算的目的是在给定的反应堆热功率和堆芯结构条件下，求解自然循环流量W。至于求得W能否满足反应堆热工设计准则的要求。只有通过传热计算才能确定。如果不满足热工设计准则的要求，必须调整热工参数(例如温度)，修改堆芯结构或装置的布置，再一次计算自然循环流量，进行传热计算验证。这样反复多次，直至所算得的自然循环流量对于给定的热功率能满足热工设计准则为止。114.6流量分配一、概述二、并联闭式通道的流量分配计算124.6流量分配概述：进行反应堆热工设计之前，必须预先知道堆芯热源的空间分布和在各个冷却剂通道内的

6、冷却剂流量。有了这两个数据，才能根据所选定的堆芯结构、燃料组件的几何尺寸、材料的热物性等，通过传热计算，确定整个堆芯的焓场、温场。13并联闭式通道的概念在一个流动系统中，若各支通道具有共同的出入口，这样的构成称为并联通道。轻水堆堆芯是由大量平行的冷却剂通道组成的并联通道，反应堆内的上、下腔室就是这些平行通道的共同出入口。若各通道间的流体没有质量、动量和热量的迁移，则此类通道称为闭式通道。反之则称为开式通道。14堆芯冷却剂流量不均匀分配引起不均匀分配的原因：1、各通道的入口压力不同因为许多动力堆的冷却剂进口管嘴位于压力容器上部，当冷却剂沿

7、着堆芯吊篮和容器壁的环形空间向下流入反应堆的下腔室时，流动情况很复杂，不可避免地会形成局部涡流区，从而使各并联通道入口处的静压不同。2、各通道截面的几何形状、大小可能不同例如，在同一燃料组件中，位于边、角处的冷却剂通道和位于中心处或控制棒导向管邻近处的冷却剂通道的流通截面的形状、大小是不同的。即使截面形状和名义尺寸应该相同，但由于燃料元件和组件的制造、装配过程中的误差，实际的冷却刑通道截面的形状、大小也会有差别。3、各燃料组件或同一燃料组件中各燃料元件的释热率不同，从而使各通道中冷却剂温度、密度也各不相同。所以进入各通道的流量也不相同。

8、15在确定并联通道的流量分配时，需要知道以下的一些边界条件：并联闭式通道的流量分配计算1.上腔室的压力分布，即各个并联通道的出口压力，对压水堆，目前设计中一般假设上腔室的压力是均匀的：p21=p22=p2i