matlab求解燃料芯块温度场,燃料元件的传热计算.ppt

燃料元件的传热计算

3.3、热工设计原理(2) 热工设计的任务： 设计燃料组件 设计总传热面积 设计冷却剂：温度分布；压力分布；流速分布。 热工设计的过程： 方案设计 初步设计 施工设计 3.3、热工设计原理(3) 压水堆热工设计准则： 3.4、几个重要概念 3.4.1、热管因子及热点因子 3.4.2、临界热流量与最小DNBR 3.4.3、单通道模型 3.4.4、子通道模型 3.4.1、热管因子及热点因子 热管：积分功率输出最大的冷却剂通道 热点：燃料元件表面热流量最大的点 认为：热点位于热管内 热管和热点分析模型(单通道模型) 只要保证热管的安全，而无需再繁琐地计算堆内其余元件和冷却剂通道的热工参数，就能保证堆芯其余燃料元件的安全了，在反应堆发展的早期，堆热工设计采用热管和热点分析模型。 子通道分析模型(可以确定出真正的热管和热点) 近年来随着堆的设计、建造和运行经验的积累、计算模型的发展、实验技术的提高和测量仪表的改进，提高计算可以得到真正的热管所在的位置及其热工参数；也可以得到燃料元件最高中心温度和最高表面温度的数值及其所在的位置。 3.4.1、热管因子及热点因子(1) 3.4.1、热管因子及热点因子(2) 3.4.1、热管因子及热点因子(3) 工程热管因子及工程热点因子的计算 乘积法(偏安全的方法)(自修) 混合法(自修) 3.4.1、热管因子及热点因子(4) 降低热管因子和热点因子的途经 ? 核热管因子和热点因子： 沿堆芯径向装载不同浓缩度的核燃料 在堆芯周围设置反射层 在堆芯径向不同位置上插上一定数量的控制棒和可燃毒物棒 加硼水 ? 工程热管因子和热点因子： 合理确定有关部件的加工及安装误差 精细进行结构设计和堆本体水力模拟实验，改善腔室冷却剂流量分配 加强相邻燃料元件冷却剂通道间的流体横向交混 3.4.2、临界热流量与最小DNBR 在压水堆的热工设计中，不但允许堆芯冷却剂发生过冷沸腾，而且还允许在少量冷却剂通道中发生饱和沸腾，其目的在于在一定的系统压力下，提高堆芯出口处的冷却剂温度，从而改善整个核电站的热效率。但是，由于沸腾时汽泡的存在，燃料元件表面与冷却剂间的放热强度并不随汽泡的增加而单调上升，有时可能发生燃料元件表面的沸腾临界，此时燃料元件表面与冷却剂间的传热急剧恶化，导致燃料元件包壳烧毁。因此对于水堆中的沸腾工况进行研究极为重要。 3.4.2、临界热流量与最小DNBR(1) 典型的临界热流量公式 W－3公式(自修) W－2公式(自修) B&W公式(自修) 影响临界热流量的因素 水的质量流速 进口处水的过冷度 工作压力 冷却剂焓 通道进口段长度 加热表面粗糙度 3.4.2、临界热流量与最小DNBR(2) 水堆燃料元件表面的DNB比与最小DNB比 3.4.3、单通道模型 模型：把所要计算的热管看作是孤立的、封闭的，它在整个堆芯高度上与相邻通道之间没有冷却剂的动量、质量和热量的交换。 计算步骤 ? 根据任务书提出的电站总功率要求，堆热工设计方面应与一、二回路系统设计方面初步商定有关的热工参数。 ? 确定燃料元件的形状、尺寸、栅距、排列方式及每个燃料组件内的燃料元件数；计算燃料元件总传热面积，并确定堆芯的布置。 ? 根据热工设计准则中规定的内容进行有关的计算。 3.4.3、单通道模型(1) 设计准则中的规定内容： 计算平均管冷却剂的质量流速 计算平均管冷却剂的焓场 计算平均管的各类压降 计算热管的有效驱动压头 计算热管冷却剂的焓场 计算最小DNBR 计算燃料元件的温度 堆稳态热工设计的技术经济评价 3.4.3、单通道模型(2) 反应堆热工设计中需要通过科研实验解决的问题： ? 热工实验： 临界热流量实验，获得经验半经验公式 测定核燃料和包壳的热物性及燃料与包壳间的气隙等效传热系数 ? 水力实验： 堆本体水力模拟实验 燃料组件水力模拟实验 测定相邻冷却剂通道间的流体交混系数 测定堆内各部件冷却剂的旁通流量 测定冷却剂过冷沸腾和饱和沸腾时的流动阻力系数 测定冷却剂沸腾工况下的流型和空泡份额 管内流动沸腾时的流动稳定性研究 3.4.4、子通道模型 模型：认为相邻通道是相互关联的，沿着整个堆芯高度，相邻通道的冷却剂间