核反应堆热工水力课程设计.doc

《核反应堆热工水力课程设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、一、设计要求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。目前压水动力堆设计中所规定的稳态热工设计准则，一般有以下几点：1.燃料元件芯块内最高应低于其他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得到充分冷却；在事故工况下能提供足够的冷却剂以排除堆芯余热；4.在稳态额定工况和可预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳定性。5.在热工设计中，通常是通过平均通道（平均管）可以估算堆芯的总功率，而热通道（热管）则是堆芯中

2、轴向功率最高的通道，通过它确定堆芯功率的上限，热点是堆芯中温度最高的点，代表堆芯热量密度最大的点，通过这个点来确定DNBR。二、设计任务某压水反应堆的冷却剂和慢化剂都是水，用二氧化铀作燃料，Zr-4作燃料包壳材料。燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，正方形排列，已知下列参数：系统压力P15.8MPa堆芯输出热功率Nt1820MW冷却剂总流量W32500t/h反应堆进口温度tfin287℃堆芯高度L3.60m燃料组件数m121燃料组件形式n0×n017×17每个组件燃料棒数n265燃料包壳外径dcs9.5mm燃料包壳内径dci8.6mm燃料包壳厚度δc0.57mm燃

3、料芯块直径du8.19mm燃料棒间距（栅距）s12.6mm两个组件间的水隙δ0.8mmUO2芯块密度ρUO295%理论密度旁流系数ζ5%燃料元件发热占总发热份额Fa97.4%径向核热管因子FRN1.33轴向核热管因子FZN1.520热流量核热点因子FqN=FRNFZN2.022热流量工程热点因子FqE1.03焓升工程热点因子FΔHE(未计入交混因子)1.142交混因子FΔH·mE0.95焓升核热管因子FΔHN=FRN1.085堆芯进口局部阻力系数Kin0.75堆芯出口局部阻力系数Kout1.0堆芯定位格架阻力系数Kgr1.05若将堆芯自下而上分为3个控制体，其

4、轴向归一化功率分布见下表：表堆芯归一化功率分布（轴向等分3个控制体）自下而上控制体号123456归一化功率分布0.481.021.501.560.960.48通过计算，得出：1.堆芯流体出口温度；2.燃料棒表面平均热流密度以及最大热流密度，平均线功率，最大线功率；3.热管内的流体温度（或焓）、包壳表面温度、芯块中心温度随轴向的分布；4.包壳表面最高温度，芯块中心最高温度；5.DNBR在轴向上的变化；6.计算堆芯压降三、设计正文（详细的计算过程、计算结果及分析）1.计算过程1.1堆芯流体出口温度（平均管）tf,out=tf,in+Fa∙NtW∙(1-ζ)∙CpC

5、p按流体平均温度tf=12(tf,in+tf,out)以及压力由表中查得。假设tf,out=330℃，查表得Cp=5.610kJ/(kg∙℃)经过输入所查Cp程序不断迭代得tf,out=323.9℃误差小于0.5℃。如需更精确的值，可以继续进行迭代计算。1.2燃料表面平均热流密度qq=Fa∙Nt/F总式中F总为堆芯燃料棒的总传热面积F总=m∙n∙π∙dcs∙L代入数据得F总=121×265×π×9.5×10-3×3.60=3443.40m2q=97.4%×1820×1063443.40=5.29×105W/m2燃料棒表面最大热流密度qmaxqmax=q∙FqN

6、∙FqE代入数据得qmax=5.29×105×2.022×1.03=1.10×106W/m2燃料棒平均线功率qlql=qπ∙dcs∙LL=q∙π∙dcs代入数据得ql=5.29×105×π×9.5×10-3=1.57×104W/m燃料棒最大线功率ql,maxql,max=ql∙FqN∙FqE代入数据得ql,max=ql∙FqN∙FqE=1.57×104×2.022×1.03=3.26×104W/m1.3平均管的情况平均管的流速VV=W(1-ζ)At∙ρf式中At堆芯内总流通面积At=m∙n0×n0s2-π4dcs2+m4n0∙s×δ2n0为燃料组件内正方形排列

7、时的每一排（列）的燃料元件数ρf由压力以及流体的平均温度tf查表得到:ρf=1vf由1.1知tf=323.9+2872=305.5℃，查表得vf=0.001397680614m3/kgρf=10.001397680614=715.471kg/m3At=121×17×17×12.6×10-32-π4×9.5×10-32+121×4×17×12.6×10-3×0.8×10-32=3.11m2V=32500×(1-5%)3.11×715.471×3.6=3.85m/s1.4为简化计算起见，假定热管内的流体流速Vh和平均管的V相同。同样，热管四根燃料元件组成的单元通道

8、内的流量Wb=W(1-ζ)AtAbAb