热工水力学13(计算总结)
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计算总结
Nuclear Reactor Thermohydraulics
反应堆热工水力学 第十三讲
（2012—2013学年第一学期） 主讲：李然
0 1 2 3 4
引言 传热分析 水力分析 热力分析 其他计算
引言
本讲进行本课程计算知识点的大汇总， 其中，稳态热工设计取单通道模型。 热工水力学计算套路：守恒方程+导热 定律+水物性表+经验关系式 回顾第五章提到的计算框架：
4 其他计算
• 其他几何条件、加热条件下的热工水力分 析； • 流速测量计算； • 无旋、无粘、不可压缩假定下，伯努利方 程的运用； • 两相流型的判别； • 用乘积法和混合法计算工程热管因子； • 提升压降驱动的自然循环。
34.64%
W 9.547 109 (kWh) • 注意要点： 电站净效率是电功率的净输出比反应堆发 热功率 容量因子的含义
例题2.3 摩擦压降
• 参考答案：
pfric 26.15(kPa)
• 注意要点： 计算Re最好直接利用质量流密度 推荐McAdams（圆管）和Wantland（棒 束）关系式 两相流摩擦压降与含汽率的积分有关，不 做要求
例题2.4 形阻压降
• 接上题，稳态运行时，求额定功率下平均 管形阻压降。
引言
引言
引言
qV
T
p
h
传热分析
热力分析
qV
T p
水力分析
h
p, , ຫໍສະໝຸດ , k , c p qmp, , , k , c p qm
引言
反应堆稳态热工设计的任务： • 设计一个既安全而又经济的反应堆系统。
引言
满足安全准则
提高热工参数
1 传热分析
• 在此我们讨论计算热能由燃料芯块传递到 冷却剂的过程 • 分四部分，通过四个例题进行复习： 1.1 热源 1.2 直接导热 1.3 单相对流换热 1.4 两相对流换热
例题1.1 热源
• 参考答案：
例题1.2 直接导热
• 接上题，包壳材料为Zr-4合金，外径dco = 0.95 cm，内径dci = 0.82 cm，气隙导热按 接触导热模型计算，1）求1900oC下燃料 芯块（95%理论密度下）的热导率；2）求 中心温度为1900oC下线释热率最大点处燃 料芯块表面、包壳内外表面温度。
例题2.1 加速压降
• 接上题，稳态运行时，1）求额定功率下平 均管加速压降；2）求112%功率下热管加 速压降。
例题2.1 加速压降
• 答案： pacc,m 2.576(kPa) 均匀流模型：p acc,h 13.74(kPa) pacc,h 13.05(kPa) 或 漂移流模型： 14.71(kPa) • 注意要点： 热管质量流率、流道截面与平均管不同 pacc out vout 2 in vin 2 等截面流道加速压降： 等截面流道两相流加速压降的合成： 1 z 2 z2 1 pacc G 2 1 f g in
ql,0 3.832 104 (W/m)
Pt 3.701109 W
• 注意要点： 余弦分布的原点取法 活性段高度与实际高度的不同 功率展平在此限于径向分布
例题1.2 直接导热
• 参考答案： k95 2.356(W m 1 o C1 )
例题1.3 单相对流换热
• 接上题（此时燃料中心温度未知），组件 共157个，为17x17正方形排列，栅距d = 1.26 cm，以额定功率稳态运行时，冷却剂 压力为p = 15.5 MPa，入口温度为tin = 285 oC，入口总流量Q = 62964 m3/h，1）求 1 线释热率最大点处平均管包壳表面温度；2 ）求出口温度。
例题3.1 循环效率
• 接上题，稳态运行时，主泵(CP)总功率30 kW，给水泵(FP)入口压力7.375 kPa，水 处于饱和状态且加压过程绝热，出口压力 7.8 MPa；汽轮机进口质量流量qm2 = 1440 kg/s，出口比焓1800 kJ/kg，发电机的效 率为95%，1）求给水泵、蒸发器出入口比 焓； 2）汽轮机入口蒸汽干度；3）求电站 热力循环效率t。
tu 706.8(o C), tci 444.4( o C), tco 392.9( o C) • 注意要点： 推荐使用西屋公司的k95计算公式 表4-1中积分热导率的单位 不想迭代的话，可用包壳内表面温度近似 计算Zr-4热导率
例题1.3 单相对流换热
• 参考答案：
例题1.4 两相对流换热
例题2.4 形阻压降
• 参考答案： pform,m 4.226(kPa) • 注意要点： 参考流速的不同 按突扩、突缩，而非管道出、入口计算 两相流形阻压降不作要求
3 热力分析
• 在此我们讨论计算稳态情况下，核电厂循 环的整体参数 • 分两部分，通过两个例题进行复习： 3.1 循环效率 3.2 电厂净效率
例题3.1 循环效率
• 参考答案： hFP,in 167.44(kJ/kg), hFP,out 174.43(kJ/kg)
例题3.2 电厂净效率
• 接上题，不考虑抽汽回热，容量因子c = 85%，1）求电厂额定电功率和功率输出； 2）求电厂净效率； 3）求该电厂1年向厂 外输送的总电量W（kWh）。
hSG,in 1538(kJ/kg), hSG,out 1258(kJ/kg) x 98.84%, t 36.47% • 注意要点： 各设备间能量传递关系 热力循环效率的分子汽轮机作功功率减去 泵消耗的功率，分母是二回路吸的热
例题3.2 电厂净效率
Pe 1292(MW), Pe,net 1282 MW • 参考答案：
例题1.1 热源
• 某核电厂反应堆，燃料元件总数（并非元 件总数）Nf = 41448，芯块直径du = 0.819 cm，平均富集度2.5%，UO2为95%理论密 度，活性区高度He = 3.66 m，元件实际长 度H = 3.64 m，假设轴向中子通量分布为 （截尾）余弦分布，且平均通道额定最大 值为7.614x1017 m-2·s-1，堆芯径向已经过 功率展平，1）按单群模型，取热中子裂变 截面为583.5 b，求平均通道的线释热率分 布；2）求全堆额定热功率Pt。
• 接上题，112%功率稳态运行时，热管因子 FN,Δh= 1.55，FE,Δh,1= 1.05，FE,Δh,2= 1.04，FE,Δh,3= 1.08，FE,Δh,4= 1.05， FE,Δh,5= 0.89，FE, q = 1.01。1）求热管出 口冷却剂平均温度和流动质量含汽率、体 积含汽率、截面含汽率；2）求热管出口处 包壳表面温度和DNBR（忽略不等温修正） 。
2 水力分析
• 在此我们讨论计算稳态情况下，冷却剂压 力沿流道变化的过程 • 分四部分，通过四个例题进行复习： 2.1 加速压降 2.2 提升压降 2.3 摩擦压降 2.4 形阻压降
tco,h 345.56(o C), DNBR 76.286
• 注意要点： 不同模型的含汽率计算有区别 推荐Armand-Treschev、Bankoff、JensLottes、W-3关系式
tco,0 347.7(o C) tout 333.1(o C)
• 注意要点： 实际燃料元件数才是平均管的总数 体积流量和质量流量的转换 润湿周长的计算 推荐Presser关系式
例题1.4 两相对流换热
o • 参考答案： tout,h tsat 344.8( C) out 17.0% 均匀流模型： 54.4% 漂移流模型： 56.88%, 52.42% 或 52.43%, 56.08%
END
抓紧时间复习, 及格不成问题, 若存侥幸心理, 绝对饶不了你!
例题2.2 提升压降
• 接上题，稳态运行时，求额定功率下平均 管提升压降。
例题2.2 提升压降
• 参考答案：
pgrav 25.24(kPa)
• 注意要点： 定性温度与定性密度 两相流提升压降与含汽率的积分有关，其 计算不做要求
例题2.3 摩擦压降
• 接上题，稳态运行时，求额定功率下平均 管摩擦压降。
Nuclear Reactor Thermohydraulics
反应堆热工水力学 第十三讲
（2012—2013学年第一学期） 主讲：李然
0 1 2 3 4
引言 传热分析 水力分析 热力分析 其他计算
引言
本讲进行本课程计算知识点的大汇总， 其中，稳态热工设计取单通道模型。 热工水力学计算套路：守恒方程+导热 定律+水物性表+经验关系式 回顾第五章提到的计算框架：
4 其他计算
• 其他几何条件、加热条件下的热工水力分 析； • 流速测量计算； • 无旋、无粘、不可压缩假定下，伯努利方 程的运用； • 两相流型的判别； • 用乘积法和混合法计算工程热管因子； • 提升压降驱动的自然循环。
34.64%
W 9.547 109 (kWh) • 注意要点： 电站净效率是电功率的净输出比反应堆发 热功率 容量因子的含义
例题2.3 摩擦压降
• 参考答案：
pfric 26.15(kPa)
• 注意要点： 计算Re最好直接利用质量流密度 推荐McAdams（圆管）和Wantland（棒 束）关系式 两相流摩擦压降与含汽率的积分有关，不 做要求
例题2.4 形阻压降
• 接上题，稳态运行时，求额定功率下平均 管形阻压降。
引言
引言
引言
qV
T
p
h
传热分析
热力分析
qV
T p
水力分析
h
p, , ຫໍສະໝຸດ , k , c p qmp, , , k , c p qm
引言
反应堆稳态热工设计的任务： • 设计一个既安全而又经济的反应堆系统。
引言
满足安全准则
提高热工参数
1 传热分析
• 在此我们讨论计算热能由燃料芯块传递到 冷却剂的过程 • 分四部分，通过四个例题进行复习： 1.1 热源 1.2 直接导热 1.3 单相对流换热 1.4 两相对流换热
例题1.1 热源
• 参考答案：
例题1.2 直接导热
• 接上题，包壳材料为Zr-4合金，外径dco = 0.95 cm，内径dci = 0.82 cm，气隙导热按 接触导热模型计算，1）求1900oC下燃料 芯块（95%理论密度下）的热导率；2）求 中心温度为1900oC下线释热率最大点处燃 料芯块表面、包壳内外表面温度。
例题2.1 加速压降
• 接上题，稳态运行时，1）求额定功率下平 均管加速压降；2）求112%功率下热管加 速压降。
例题2.1 加速压降
• 答案： pacc,m 2.576(kPa) 均匀流模型：p acc,h 13.74(kPa) pacc,h 13.05(kPa) 或 漂移流模型： 14.71(kPa) • 注意要点： 热管质量流率、流道截面与平均管不同 pacc out vout 2 in vin 2 等截面流道加速压降： 等截面流道两相流加速压降的合成： 1 z 2 z2 1 pacc G 2 1 f g in
ql,0 3.832 104 (W/m)
Pt 3.701109 W
• 注意要点： 余弦分布的原点取法 活性段高度与实际高度的不同 功率展平在此限于径向分布
例题1.2 直接导热
• 参考答案： k95 2.356(W m 1 o C1 )
例题1.3 单相对流换热
• 接上题（此时燃料中心温度未知），组件 共157个，为17x17正方形排列，栅距d = 1.26 cm，以额定功率稳态运行时，冷却剂 压力为p = 15.5 MPa，入口温度为tin = 285 oC，入口总流量Q = 62964 m3/h，1）求 1 线释热率最大点处平均管包壳表面温度；2 ）求出口温度。
例题3.1 循环效率
• 接上题，稳态运行时，主泵(CP)总功率30 kW，给水泵(FP)入口压力7.375 kPa，水 处于饱和状态且加压过程绝热，出口压力 7.8 MPa；汽轮机进口质量流量qm2 = 1440 kg/s，出口比焓1800 kJ/kg，发电机的效 率为95%，1）求给水泵、蒸发器出入口比 焓； 2）汽轮机入口蒸汽干度；3）求电站 热力循环效率t。
tu 706.8(o C), tci 444.4( o C), tco 392.9( o C) • 注意要点： 推荐使用西屋公司的k95计算公式 表4-1中积分热导率的单位 不想迭代的话，可用包壳内表面温度近似 计算Zr-4热导率
例题1.3 单相对流换热
• 参考答案：
例题1.4 两相对流换热
例题2.4 形阻压降
• 参考答案： pform,m 4.226(kPa) • 注意要点： 参考流速的不同 按突扩、突缩，而非管道出、入口计算 两相流形阻压降不作要求
3 热力分析
• 在此我们讨论计算稳态情况下，核电厂循 环的整体参数 • 分两部分，通过两个例题进行复习： 3.1 循环效率 3.2 电厂净效率
例题3.1 循环效率
• 参考答案： hFP,in 167.44(kJ/kg), hFP,out 174.43(kJ/kg)
例题3.2 电厂净效率
• 接上题，不考虑抽汽回热，容量因子c = 85%，1）求电厂额定电功率和功率输出； 2）求电厂净效率； 3）求该电厂1年向厂 外输送的总电量W（kWh）。
hSG,in 1538(kJ/kg), hSG,out 1258(kJ/kg) x 98.84%, t 36.47% • 注意要点： 各设备间能量传递关系 热力循环效率的分子汽轮机作功功率减去 泵消耗的功率，分母是二回路吸的热
例题3.2 电厂净效率
Pe 1292(MW), Pe,net 1282 MW • 参考答案：
例题1.1 热源
• 某核电厂反应堆，燃料元件总数（并非元 件总数）Nf = 41448，芯块直径du = 0.819 cm，平均富集度2.5%，UO2为95%理论密 度，活性区高度He = 3.66 m，元件实际长 度H = 3.64 m，假设轴向中子通量分布为 （截尾）余弦分布，且平均通道额定最大 值为7.614x1017 m-2·s-1，堆芯径向已经过 功率展平，1）按单群模型，取热中子裂变 截面为583.5 b，求平均通道的线释热率分 布；2）求全堆额定热功率Pt。
• 接上题，112%功率稳态运行时，热管因子 FN,Δh= 1.55，FE,Δh,1= 1.05，FE,Δh,2= 1.04，FE,Δh,3= 1.08，FE,Δh,4= 1.05， FE,Δh,5= 0.89，FE, q = 1.01。1）求热管出 口冷却剂平均温度和流动质量含汽率、体 积含汽率、截面含汽率；2）求热管出口处 包壳表面温度和DNBR（忽略不等温修正） 。
2 水力分析
• 在此我们讨论计算稳态情况下，冷却剂压 力沿流道变化的过程 • 分四部分，通过四个例题进行复习： 2.1 加速压降 2.2 提升压降 2.3 摩擦压降 2.4 形阻压降
tco,h 345.56(o C), DNBR 76.286
• 注意要点： 不同模型的含汽率计算有区别 推荐Armand-Treschev、Bankoff、JensLottes、W-3关系式
tco,0 347.7(o C) tout 333.1(o C)
• 注意要点： 实际燃料元件数才是平均管的总数 体积流量和质量流量的转换 润湿周长的计算 推荐Presser关系式
例题1.4 两相对流换热
o • 参考答案： tout,h tsat 344.8( C) out 17.0% 均匀流模型： 54.4% 漂移流模型： 56.88%, 52.42% 或 52.43%, 56.08%
END
抓紧时间复习, 及格不成问题, 若存侥幸心理, 绝对饶不了你!
例题2.2 提升压降
• 接上题，稳态运行时，求额定功率下平均 管提升压降。
例题2.2 提升压降
• 参考答案：
pgrav 25.24(kPa)
• 注意要点： 定性温度与定性密度 两相流提升压降与含汽率的积分有关，其 计算不做要求
例题2.3 摩擦压降
• 接上题，稳态运行时，求额定功率下平均 管摩擦压降。
