反应堆热工第5章-1

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1、第5章堆芯稳态热工分析王建军1/19/2022主要内容5.0概述5.1反应堆热工设计准则5.2堆芯冷却剂流量分配5.3热管因子和热点因子5.4典型临界热流密度关系式5.5单通道模型堆芯稳态热工分析1/19/20222核科学与技术学院5.0概述反应堆热工设计的任务：设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统反应堆热工设计的目的：在稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况下，确保反应堆的安全性反应堆热工设计相关领域：反应堆物理、结构、材料、以及控制等1/19/20223核科学与技术学院反应堆热工设计边界及要

2、解决问题包括：定反应堆型选定边界参数匹配一二回路确定流动及传热参数确定安全相关准则是否满足确定最终设计方案1/19/20224核科学与技术学院本章重点内容反应堆稳态热工设计准则概念基本设计准则内容堆芯冷却剂流量分配基础知识堆芯输热极限及热工限制临界热负荷、DNBR以及影响因素，了解基本计算方法掌握蒸汽发生器工作条件1/19/20225核科学与技术学院5.1反应堆热工设计准则热工设计准则定义：为确保反应堆运行安全可靠，预先规定了反应堆冷却系统在热工设计时必须遵守的要求热工设计的依据、反应堆系统设计的

3、原始条件之一、运行规程的边界条件范围：热工设计准则的适用性、发展性和保守性1/19/20226核科学与技术学院反应堆热工设计的目的在稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况下，确保反应堆的安全性保证可靠连续堆芯冷却限制稳态运行、动态变工况以及可预期事故工况下燃料包壳破损极限气密性丧失缺陷<=0.2%燃料与冷却剂直接接触<=0.02%1/19/20227核科学与技术学院热工水力设计准则燃料元件表面不允许发生沸腾临界DNBR=计算值或实验值/当地热负荷MDNBR正常运行和预期事故条件下，MDNBR=1.

4、3∈0.95;额定功率运行时，MDNBR=1.9；偏离额定功率运行，MDNBR=1.3；反应堆运行功率超过35%，MDNBR=1.18；1/19/20228核科学与技术学院热工水力设计准则燃料芯块最高温度应低于芯块熔化温度不同类型燃料要求不同UO2陶瓷型燃料熔点2805±15℃UO2陶瓷型燃料熔点受UO比、燃耗以及杂质影响反应堆燃耗深度条件下，2650℃左右T0介于2200-2450℃之间保守估计1800℃1/19/20229核科学与技术学院热工水力设计准则堆芯流量限制基本原则：保证保守性，安全性

5、冷却流量不小于设计最小值冷却流量不大于最大设计值传热分析取其最小值应力计算选择最大值1/19/202210核科学与技术学院热工水力设计准则流动不稳定性准则近期反应堆设计允许堆芯内出现沸腾某些通道甚至允许发生容积沸腾不允许所有通道都发生容积沸腾限制容积沸腾采用限制堆芯出口平均温度限制(<15℃)限制流动不稳定性限制堆芯最热通道含气率<5%1/19/202211核科学与技术学院热工水力设计准则包壳工作温度限制一般压水反应堆使用Zr-4合金（Sn,Fe,Cr,Ni,Nb）Zr-4或Zr-2合金的吸氢脆化

6、现象限制包壳材料的表面温度350℃（田湾352℃）限制包壳材料的整体温度1/19/202212核科学与技术学院反应堆冷却系统的安全要求和可靠性要求安全：影响到运行人员和周围居民生命和健康的较大事故可靠性：不影响运行人员和周围居民生命和健康的较小事故1/19/202213核科学与技术学院5.2堆芯冷却剂流量分配堆芯冷却剂流量分配设计目的尽可能提高堆芯输出功率尽可能提高堆芯安全余量重要性：反应堆热工设计的重要边界条件1/19/202214核科学与技术学院压水反应堆内流量分配不均匀原因涡流导致堆芯进口静

7、压分布不均匀冷却剂流动通道位置影响燃料元件、组件等机械偏差引起的通道尺寸偏差冷却剂物性对流动特性的影响1/19/202215核科学与技术学院压水反应堆内流量分配确定方法根据基本守恒方程组解析求解通过水力模型试验堆芯内冷热态实验实测数据CFD计算方法1/19/202216核科学与技术学院压水反应堆内流量分配问题分类闭式通道内的流量分配开式通道内的流量分配1/19/202217核科学与技术学院闭式通道内的流量分配计算堆芯冷却剂通道进口处压力分布堆芯冷却剂通道出口联箱压力分布或值基本守恒方程组1/19/

8、202218核科学与技术学院开式通道内的流量再分配机理堆芯冷却剂径向压力梯度湍流扩散动量、能量交换1/19/202219核科学与技术学院堆芯进口的流量的分布增加通流部件的阻力可展平流量分布CFD计算可用于得到堆芯流量分配某模型电站的流量分配计算1/19/202220核科学与技术学院某模型电站的流量分配计算1/19/202221核科学与技术学院5.3热管因子和热点因子反应堆设计的两种方法单通道方法子通道方法1/19/202222核科学与技术学院单通道方法适用于堆芯的初步设计基本含义热