热工水力基础知识.doc

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1、第三章热工水力基础知识同常规电厂类似，压水堆核电厂也是用水作为载热流体，同时水又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本概念。3.1热工回路3.1.1概述热工回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所示。图3.1热工回路热源(S1)t1t2冷源(S2)载热剂载热剂冷源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t1的热源S1中提取热量，称为

2、热传递；（2）载热剂将热量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；（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=GmCpDt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/℃；Dt——热源或冷源进、出口温差，℃。热传递过程则比较复杂，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从一个物体转移到另一个物体。热传递有

3、导热、对流和辐射三种基本方式。常使用热流量和热流密度这两个物理量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。在国际单位制中，热流量的单位是焦耳/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1kcal/h＝1.16W。热流密度是单位面积接收或放出的热流量。如果以Q表示热流量，S表示传热面积，则热流密度q＝Q/S。在国际单位制中，热流密度的单位用W/m2表示。1．导热热量从物体中温度较高部分传递到较低部分，或从温度较高物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程称为

4、导热，也称热传导。图3.2通过平板的热传导dt1t2设有一厚度为d的平板，两边温度分别为t1和t2，且t1＞t2，则单位时间内通过平板传递热量的大小，与平板换热面积S、t1与t2的差值和平板材料的导热能力l成正比，而与平板的厚度d成反比。平板导热的热流量可以用公式表示为：式中Dt为平板两边的温度差，℃。导热系数l表示单位时间内1m2面积上，厚度为1m，两面温差为1℃时材料所通过的热量。各种不同的材料有不同的l值，且l随温度变化。2．对流和对流换热对流是指流体各部分之间发生相对位移，从而把热量从一处带到另一处的热传递现象。流体对流的

5、方式分为自然对流和强制对流。自然对流是由于流体中各处温度不同而引起的。温度高的流体密度较低，呈上升趋势，而温度低的流体密度相对较高，呈下降趋势，从而形成流动，称自然对流。强制对流是流体依靠泵或风机的驱动进行流动，如水在回路中的流动，这种运动的速度一般都较大，从而可大大提高传热的效率。工程上常遇到的不是单纯的对流方式，而是运动的流体与固体壁之间的传热，称为对流换热，它是流体的对流与导热联合作用的结果。对流换热的热流量可用公式表达为：Q=aS（tw-tf）式中S——与流体接触的壁面面积，m2；a——对流换热系数，W/（m2∙℃）；tw

6、——壁面温度，℃；tf——流体平均温度，℃。在上式中，a的大小与下述因素有关：l流体的性质（密度、比热、导热性）；l流体的平均速度；l流体流动状态（层流或紊流）；l传热面的形状；l流体的状态变化（沸腾、凝结）；l流体内能可能的变化（放热反应、吸热反应）。这些条件对a的影响比较复杂，通常是用经验公式或实验来确定a值的大小。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：E=es0ST4式中S——物体的辐射表面积，m2；s0——黑体辐射常数，也称

7、斯蒂芬—玻尔兹曼常数，其值为5.67×10-8W/（m2∙K4）；ε——该物体的黑度（又称发射率）；T——表面的绝对温度，K。只有在物体表面温度较高时热辐射的效应才比较显著。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二回路给水，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、回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生的能量约97.4％以热能的形式从

8、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。在稳定工况下，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面（与冷却剂直接接触）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生的对流换热过程。对流换热的热流量可用前