反应堆热工水力课件.ppt

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1、反应堆热工水力2006.10.24传热学导热对流辐射去26热量传递的方法：传热学导热传热是指:不同温度的物体或物体不同温度的各部分之间，分子动能的相互传递，即动能较大（温度较高）的分子把能量传给邻近的动能较小（温度较低）的分子，此外，还依靠自由电子运动而传递能量。例如燃料芯块内、包壳内、蒸汽发生器的传热管壁内的传热都是典型的导热传热。返回传热学热对流:随着流体不同部分的相对位移，把热量从一处带到另一处的现象，称为热对流，所以热对流与流体的流动有关。返回对流传热:实际上，常会遇到导热和热对流两种基本方式同时出现，而形成一种较复杂的热传递过程，称为对流传热或对流换热。如:流体

2、在管道内流动，当流体和管道内壁温度不同时，它们之间必然会发生热量传递，紧贴管壁处总有一薄层流体作层流流动，其中垂直于壁面的方向上仅有分子能量的传递，即只存在导热，而层流薄层以外的区域，热量的传递主要依靠对流。传热学传热学热辐射传热:物体通过电磁波传热的方式称做辐射，在常温下热辐射起的作用不大，在高温时则起重要作用。例如:在反应堆失水事故时堆芯裸露，燃料元件温度升得很高时，就要考虑热辐射的作用。返回燃料传递热量到冷却剂的过程燃料元件内部（包括燃料芯块、间隙和包壳）的导热包壳外表面与冷却剂之间的传热（主要是单相强迫对流传热），冷却剂的输热导热、传热导热传热：傅里叶定律描述：q

3、＝－k▽Tq：是单位时间内通过单位等温面积沿温度降低的方向所传递的热量，W/m2，它是一个向量，并称之为热流密度；k是材料的热导率，W/(m·K)，它是物性量；是温度梯度，K/m，它是一个向量。对流换热：牛顿冷却定律描述：q=h(Tc-Tf)式中q是包壳表面热流密度，W/m2；Tc是包壳外表面温度，K；Tf是冷却剂主流平均温度，K；h是传热系数，W/(m2·K)。返回单相水在圆管内做强迫对流定型湍流传热时，其热边界层的厚度（亦称流体膜）怎样影响其对流传热系数h？由牛顿冷却定律可得：在紧贴管壁附近，有一层厚度为△y的流体薄层作层流流动，如下图所示，流体的大部分径向温差降落在

4、此层内，称此层为热边界层。在热边界层内，垂直于壁面方向所传递的热量主要靠流体的导热，因此有将式(2)代入式(1)得：由式(3)可见，对流传热系数h与流体的热导率kf成正比，h与热边界厚度成反比。而取决于流体的运动，一般说来，水的流速越高，就越小（越薄），则h就越大。TfTwqmfyΔy传热学有哪些因素影响换热系数？流体的性质（密度、比热、热导率、粘性）；流体运动速度和流动原因（强迫流动或自然对流）；流体流动的性质（层流或湍流）；传热壁的形状、尺寸及其相对于流体流动的方位；流体在换热过程中状态的变化（单相、沸腾等）。例：冷却剂流过发热平板并处于稳定传热状态。现已知壁面温度5

5、20℃，冷却剂主流温度210℃，冷却剂的对流换热系数为160w/m2℃,不考滤沿板面方向的热传输辐射热，试求平板传入冷却剂的热流密度q〃。（结果注明单位，写出计算式）答案：q〃=h(tw—tf)=160（520—210）=160×310=49600（w/m2）传热学输热输热：稳态热能守恒方程为：Pth，t=mt(hout-hin)(1)当冷却剂都为单相流时，式(1)也可写成Pth，t=mtCp(Tout-Tin)(2)式中，Pth，t是反应堆输出的总热功率，W；mt是进入反应堆的冷却剂的总质量流量，kg/s；hout和hin是反应堆出口和进口处的冷却剂比焓，J/kg；To

6、ut和Tin是反应堆出口和进口处的冷却剂温度，K；Cp是反应堆内冷却剂平均定压比热容，J/(kg·K)。返回设有一段长为ΔZ、直径为dcs的燃料元件棒，其燃料芯块的直径为du，如果该小段燃料芯块的体积释热率qv,f是均匀的，试写出在稳态工况下qv,f、线功率ql、元件表面热流密度q和该段热功率Pth,ΔZ之间的关系传热学体积释热率qv：单位燃料体积所发出的热量；W/m3或W/cm3；表面热流密度q：流过单位面积的热量；W/m2或W/cm2线功率密度ql：单位燃料长度所发出的热量；W/m或W/cm；例：某压水堆燃料元件热点处的燃料芯块的体积释热率ｑv=7.8×108W/m3

7、,热点对应的冷却剂温度Tf=304℃，燃料元件包壳外表面的对流传热系数h=4.1×104W/（m2·℃），已知燃料芯块的直径du=8.4mm元件包壳外径dc=9.6mm，试求该热点处的包壳外表面温度Tc？解：由热平衡得：传热学传热学总热阻：R总＝R1+R2+R3Q=qlL=(T0-Tf)/R总1、对圆柱形有内热源芯块：热阻：对有内热源的平板形燃料芯块：对无内热源的平板形燃料芯块：2、对无内热源圆筒壁：热阻：3、圆柱表面对流：热阻：以上公式均为解微分方程得到的为平板燃料芯块的半厚度例：设燃料芯块半径ru=4.1mm，包壳外半径r