《核反应堆热工分析》课程设计
学生：杨伟
学号：20094271
指导教师：陈德奇
专业：核工程与核技术
完成时间:2012年7月5日
重庆大学动力工程学院
二O一二年六月
通过本课程设计，达到以下目的：
(1)深入理解压水堆热工设计准则；
(2)深入理解单通道模型的基本概念、基本原理。包括了解平均通道（平均
管）、热通道（热管）、热点等在反应堆热工设计中的应用；
(3)掌握堆芯焓场的计算并求出体现反应堆安全性的主要参数；烧毁比
DNBR，最小烧毁比MDNBR，燃料元件中心温度t0及其最高温度t0,max，包壳表面温度t cs及其最高温度t cs,max等；
(4)求出体现反应堆先进性的主要参数：堆芯流量功率比，堆芯功率密度，
燃料元件平均热流密度（热通量），最大热流密度，冷却剂平均流速，冷却剂出口温度等；
(5)通过本课程设计，掌握压水堆热工校核的具体工具；
(6)掌握压降的计算；
(7)掌握单相及沸腾时的传热计算。
某压水堆的冷却剂和慢化剂都是水，用UO2作燃料，用Zr-4作燃料包壳材料。燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，采用正方形排列。已知参数如表1所示：
将堆芯自下而上分为6个控制体，其轴向归一化功率分布如表2所示：
表2：
堆芯归一化功率分布
3 计算过程及结果分析
3.1流体堆芯出口温度(平均管)
)
1(***..ζ-+
=p t
a in f out f C W N F t t
按15.5MPa 下流体平均温度 =(t f,out + t f,in )/2查表得。 假设出口温度为320，则=（292.4+320）/2=306.2，差得=5.836KJ/Kg 。
20.24633.6*)
05.01(*836.5*685003016000
974.0..=-?+
=in f out f t t
由于 |320 -320.246|<0.5 满足条件
3.2燃料棒表面平均热流密度
= W/
式中为堆芯内燃料棒的总传热面积
=
燃料棒表面最大热流密度
=
W/
燃料棒平均线功率
== W/m
燃料棒最大线功率
=
W/m
根据以上已知的公式查表可计算得： =
=
==/=648832.385 W/
==
===W/m ==W/m
3.3平均管的情况
平均管的流速
式中，堆芯内总流通面积
=[()]
为燃料组件内正方形排列时的每一排（列）的燃料元件数。
由压力以及流体的平均温度查表得到：=
根据以上公式，查表有：
=[()]
=157[17*17*(0.0126*0.0126-3.14159*0.0095*0.0095/4)+(4*17*0.0126*0.00 057/2)]
=4.0256
==713.0373895 Kg/
=
3.4为了简化计算，假定热管内的流体流速和平均管的V相同。（实际上，应
按照压降相等来求。热管内流体流速要低一些）。则
同样，热管四根燃料元件间组成的单元通道内的流量
=
=
所以，根据查表一及以上算出的数据可以得出：
==-
===1.42056 t/h
3.5热管中的计算
（1）热管中的流体温度：
自下而上控制休号 1 2 3 4 5 6
Phi.1 (z) 0.48 0.98 1.61 1.54 1.03 0.38 上述公式中，对于每一控制体，只有两个变量比热容和，一般采
用迭代法，可求的对于每一个控制体的出口为温度.而但对于每一个控制体的高度Z=i*L/6，通道长度为=L/6。
①第一控制体出口温度
=310℃时，平均温度=301.2℃, 在压力P=15.5MPa下，查
《核反应堆热工分析》附录Ⅲ-5，用插值法可求的值，按上述公式算出口温度如下：
292.4℃
+
296.2℃
再将得出的温度值带回公式计算，迭代几次，满足|-|<0.5为止。可得=296.5096583954℃，=294.4548291977℃，平均温度下=5.123
KJ/(Kg. ℃)
同理可求得：
第二控制体，=304.342805319118℃，
第三控制体：=315.958089043401℃
第四控制体：=325.980709114068℃
第五控制体: =332.1℃
第六控制体: =334.334002118654℃
②出口处包壳外壁温度：
=+
=+
式中：h(z)可以用Nu==来求。
所以，h(z)=
式中：Re=
流体的k(z)、和Pr数根据流体的压力和温度由表查得。
如果流体已经达到过冷沸腾，用Jens-Lottes公式：
作为判别式。
当时，用前面的式子
当时，用代替
根据以上公式，由压力15.5MPa和第一控制体流体出口温度= 296.5096583954℃下，查《核反应堆热工分析》附录Ⅲ-4，用插值法可求ｕ=,
查附录Ⅲ-6用插值法可求K(L/6)=,查附录Ⅲ-1，用插值法可求Pr=0.916390731539
由上述公式可求得
所以Re
638895.431832063
由Nu==来求得：
h(z)==
=44347.8869710167
第一控制体出口处包壳外壁温度：
=+
44347.8869710167）=306.274648709703
同理可求得：
第二控制体，= 324.798495876569℃，
第三控制体：= 347.5℃
第四控制体：= 347.8℃
第五控制体: = 346.796531681631℃
第六控制体: = 341.567022638538℃
③出口处包壳内壁温度:
式中：Zr-4的
先假设出口处包壳内壁温度为400℃，求出平均温度值
，依据公式；，求出包壳导热系数。
代入公式
=306.274648709703
=318.298245150761
将得出的内壁温度再次代入公式，如此迭代几次，一直到满足|
-|<0.5算出出口处包壳内壁温度得出第一控制体
=318.298245150761℃，包壳导热系数=17.06436 w/(m. ℃)。
同理可求得：
第二控制体，= 355.78551929507℃
第三控制体：= 397.℃
第四控制体：= 394.879379355877℃
第五控制体: = 378.332915275762℃
第六控制体: = 353.533052753641℃
的外表面温度：
④出口处UO
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