03热工水力基础知识

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1、03热工水力基础知识笫三章热工水力基础知识同常规电厂类似，压水堆核电厂也是川水作为载热流体，同时水乂是压水反应堆的慢化剂,因此有必要对水的热工和水力特性进行研究。本章介绍热传递的物理现象和核电站典型热工回路中热传递的一般规律，以及水力学的一些基木概念。3」热工回路3丄1概述热工冋路是指在热源和冷源之间通过载热剂（气体或液体）传递热量的系统，如图3.1所/J'*O在图中所示的回路中，要完成热量从热源到冷源的转移，一般要经过下述三个基本步骤：（1）载热剂从温度为tl的热源S1屮捉取热量，称为热传递；（2）载热剂将热量

2、从热源出口输送到冷源入口，这个输送是靠介质的流动来实现的，称为热输送；热源（S1）载热剂冷源（S2）图3」热工回路（3）载热剂将热量传给温度为t2的冷源S2,这也是热传递过程。热输送过程的传热功率可以用下式计算：P=GmCpt式中P——热功率，W；Gm——载热剂质量流量，kg/s；Cp——载热剂定压比热，J/°C；t——热源或冷源进、出口温差，°C。热传递过程则比较复朵，涉及许多因素，下面我们具体分析其传热过程。3.1.2热传递热传递是热量转移的一种物理现象，这种转移可以是热量从同一物体的某一点转移到另一点或热量

3、从一个物体转移到另一个物体。热传递有导热、对流和辐射三种基本方式。常使用热流虽和热流密度这两个物理虽表示热传递能力的大小。热流量是指整个传热面单位时间放出或接收的热量。在国际单位制屮，热流最的单位是焦耳/秒（J/s）,即瓦特（W）。工程上有时也用大卡/小时（kcal/h）,两种单位的转换关系是1kca1/h=1.16W。热流密度是单位而积接收或放出的热流量。如果以Q表示热流量，S表示传热而积，则热流密度q=Q/So在国际单位制屮，热流密度的单位用W/m表示。1.导热热量从物体屮温度较高部分传递到较低部分，或从温度

4、较高物体传递到接触的温・27・2度较低的另一物体的过程称为导热，也称热传导。设有一厚度为的平板，两边温度分别为tl和t2,且tl>t2,则单位时间S——与流体接触的壁面血积，m2；——对流换热系数，W/（m2°C）；tw——壁而温度，°C；tf—流体平均温度，°C。在上式中，的大小与下述因素有关：流体的性质（密度、比热、导热性）；流体的平均速度；流体流动状态（层流或紊流）；传热血的形状；流体的状态变化（沸腾、凝结）；流体内能可能的变化（放热反应、吸热反应）。这些条件对的影响比较复杂，通常是用经验公式或实验来确定值

5、的人小。3.热辐射所有物体，无论是固态、液态或气态，都会向外辐射热量，这种热量传递的方式称为热辐射。一个表面积为S的物体在单位时间内辐射的热量为：・28・E=OST式中S——物体的辐射表面积，m；0——黑体辐射常数，也称斯蒂芬一玻尔兹曼常数，其值为5.67x10-8W/（m2K4）；£——该物休的黑度（乂称发射率）；T表而的绝对温度，Ko只冇在物体表面温度较高时热辐射的效应才比较就著。3.1.3反应堆冷却剂系统的热量传递反应堆冷却剂系统（RCP）是一个闭式热工循环回路，其热源是堆芯中的燃料棒，冷源是蒸汽发生器内的

6、二凹路给水，燃料棒产生的热量通过反应堆冷却剂输送到蒸汽发生器，使二回路水变成蒸汽。所以RCP系统的热传递可以分为三个过程：反应堆内吸热、冋路内的热输送和蒸汽发生器内的放热。1.反应堆内的吸热核裂变产牛的能量约97.4%以热能的形式从燃料棒传出，其余以辐射粒子动能的形式在反应堆内各处被吸收。在稳定工况K，燃料棒就是一个稳定的热源。燃料棒产生的热量通过燃料包壳表而（与冷却剂肓接接触）传递给冷却剂。这个热传递过程起主要作用的是冷却剂的流动所产牛的对流换热过程。对流换热的热流量可用前面所述的公式表示：Q=S（tl-t2）

7、这里热流量Q就是堆功率的97.4%,S为燃料包壳的有效传热血积，tl为燃料包壳表面平均温度tm,g,t2为冷却剂进、出口平均温度tm。例3.1：已知核电站在100%额定工况下，燃料包売表面平均温度：tm,g=329°C,冷却剂进出口平均温度tm=310°C,燃料包壳有效传热面积S=4525m2,对流换热系数a=32.8kW/m2°C,求100%功率下反应堆的核功率。解：根据対流导热公式，换热流量为Q=aS（tm,g・tm）=32.8x4525x（329-310）=2819980kW=2820MW山于核功率的97.

8、4%是通过燃料包壳表血传给冷却剂的，所以反应堆的核功率为：P=Q/0.974=2820-0.974=2895MW1.冋路内的热量输送回路内的冷却剂必须不断流动才能维持燃料的稳定放热过程，RCP系统靠三台主泵（每条回路一台）使冷却剂循环。在止常运行下，蒸汽发生器中二回路的给水作为RCP系统中的冷源，把冷却剂从堆屮带来的热量传出。根据热传输公式，单位时间冷却剂输送的热虽为：・