反應(yīng)堆熱工水力考試重點(diǎn)

1、1 目前國(guó)際上主要核反應(yīng)堆有哪些類型？壓水核反應(yīng)堆基本組成部分有那些？壓水堆、沸水堆、那類快堆、氣冷堆、重水堆壓水堆動(dòng)力裝置有一回路、二回路系統(tǒng)及其他一些輔助系統(tǒng)所組成和主循環(huán)泵等設(shè)備及他們之間的關(guān)系所組成。二回路系統(tǒng)由蒸汽發(fā)生器（二次側(cè)）、汽輪機(jī)、冷凝水泵、給水預(yù)熱器和給水泵等設(shè)備及他們之間的管系所組成。2 壓水反應(yīng)堆本體有哪些部分組成？壓水反應(yīng)堆堆芯由哪些部分組成？反應(yīng)堆的本體結(jié)構(gòu)由堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件、反應(yīng)堆壓力容器以及控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等幾部分組成。壓水堆堆芯由燃料組件、控制棒組件、可燃毒物組件、中子源組件和阻力塞件等組成。3 堆芯上下支撐結(jié)構(gòu)分別又哪些部分組成？堆芯下支撐結(jié)構(gòu)包括：堆芯吊籃、堆

2、芯圍板、下柵格板、支撐住、分配孔板、下支撐板、熱屏蔽、堆芯支撐柱等。堆芯上支撐結(jié)構(gòu)：上柵格板、控制棒導(dǎo)向管、支承筒、上支承板和壓緊彈簧。4 核燃料有哪些基本形式，各有何優(yōu)缺點(diǎn)？金屬性燃料：優(yōu)點(diǎn)，密度較大，硬度不高，容易加工。缺點(diǎn)，（1）鈾的化學(xué)性質(zhì)活潑；在較高溫度下，他會(huì)與氧、氮等發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)；（2）金屬鈾的導(dǎo)熱性能較差，熱導(dǎo)率比鐵、銅都低。（3）金屬鈾在一定溫度下會(huì)發(fā)生相變。陶瓷燃料：優(yōu)點(diǎn)（1）熔點(diǎn)高（2）熱穩(wěn)定祥和輻照穩(wěn)定性好，有利于加深燃耗（3）有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，與包殼和冷卻劑材料的相容性也很好 缺點(diǎn)，熱導(dǎo)率較低彌散型燃料：優(yōu)點(diǎn)，熔點(diǎn)高，與金屬的相容性好抗腐蝕和抗輻照；輻射損傷只

3、限于彌散相附近，而起結(jié)構(gòu)材料作用的基體相基本上不受輻照的影響。當(dāng)燃耗逐漸加深時(shí)，燃料元件不會(huì)發(fā)生明顯的腫脹，提高了燃料元件的壽命。由于基體相通常為金屬材料，熱導(dǎo)率有所提高?；w有韌性，燃料的機(jī)加工性能高，可用它軋制成具有高效率密度的板狀原件。彌散型燃料可以多樣化。缺點(diǎn)，金屬或合金基體所占的份額高，為了提高堆芯功率密度，需采用高濃鈾5.何為燃料元件包殼及其工作環(huán)境，設(shè)計(jì)要求及功用？常用包殼材料？作用： 保護(hù)核燃料不受化學(xué)腐蝕與機(jī)械侵蝕，包容裂變氣體及其其他裂變產(chǎn)物，保持核燃料形狀。工作條件;受中子強(qiáng)輻照受高溫高速冷卻劑的腐蝕和侵蝕裂變產(chǎn)物的腐蝕承受熱、機(jī)械應(yīng)力設(shè)計(jì)要求：具有良好的核性能，除了具有

4、低中子吸收截面外，感生放射性弱，與核材料相容性要好，能耐較高溫度具有較好的導(dǎo)熱性能具有良好的力學(xué)性能，即能夠提供合適的力學(xué)強(qiáng)度和韌性，使的在燃耗較深的條件下仍能保持燃料原件的結(jié)構(gòu)完整。應(yīng)有良好的抗腐蝕能力，包殼對(duì)冷卻劑應(yīng)是惰性的具有良好的輻照穩(wěn)定性容易加工成型，成本低廉，便于后處理燃料外面通常都有一些把燃料與冷卻劑隔離開(kāi)的金屬保護(hù)層，稱它為燃料包殼。包殼有如下功能：（1）防止冷卻劑對(duì)燃料的侵蝕以及二者間的有害作用；（2）避免燃料中裂變產(chǎn)物的外泄；（3）保持燃料元件的幾何形狀并使之有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛性。常用的包殼材料：鋁，鎂，鎬，不銹鋼，鎳基合金，石墨。6.棒狀燃料原件由哪那些部分組成？棒狀燃

5、料原件由燃料芯塊、燃料包殼管、壓緊彈簧、隔熱片（在有些堆中采用）、端塞等及部分組成。7.堆內(nèi)熱源的由來(lái)和分布？堆的熱源來(lái)自裂變過(guò)程中釋放出來(lái)的能量，每次裂變釋放出來(lái)的總能量約為200Mev。其中，裂變碎片的動(dòng)能約占總能量的84%，它在鈾中的射程很短，所以可以認(rèn)為這部分能量是在發(fā)生裂變處就地釋放出來(lái)的，只有一少部分裂變碎片會(huì)穿入包殼內(nèi)，但不會(huì)穿透包殼。裂變中子在和慢化劑的頭幾次碰撞中就是去了大部分的能量。由裂變中子產(chǎn)生的熱量的分布取決于它的平均自由程。裂變過(guò)程中產(chǎn)生的射線，其穿透能力很強(qiáng)，因此它的能量將分別在堆芯、反射層、熱屏蔽和生物屏蔽層中轉(zhuǎn)化成熱能，也有極少部分射線傳出穿出堆外。高能粒子的能

6、量可認(rèn)為大部分是在燃料元件內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能的。只有少部分的高能粒子穿出燃料元件進(jìn)入慢化劑，但它們不會(huì)穿到堆芯外面去。8. 體積釋熱率基本概念和計(jì)算方法？體積釋熱率是單位時(shí)間、單位體積內(nèi)釋放的熱能的度量，也稱為功率密度。要注意的是，體積釋熱率指的是已經(jīng)轉(zhuǎn)化為熱能的能量，并不是在該體積單元內(nèi)釋放出的全部能量，因?yàn)橛行┠芰浚ɡ缟渚€能）會(huì)在別的地方轉(zhuǎn)化為熱能，甚至有的能量根本就無(wú)法轉(zhuǎn)化為熱能加以利用。Qv=Fs*EfNfMev/(cm3s) （P17）9.有限圓柱形反應(yīng)堆、無(wú)干擾、均勻裸堆條件下的功率分布規(guī)律？若把坐標(biāo)原點(diǎn)取在堆芯的中心，則數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，式中Re為堆芯半徑，Re=R+;；R為堆芯實(shí)際半

7、徑；為堆芯實(shí)際高度；零介第一類貝賽爾函數(shù)；為堆芯內(nèi)任意位置（r,z）處得體積釋熱率，為堆芯最大體積釋熱率，=。10.影響堆芯功率分布的因素主要有哪些？1燃料布置對(duì)功率分布的影響2控制棒對(duì)功率分布的影響3水隙及空泡對(duì)功率分布的影響11.反應(yīng)堆停堆后的功率由哪幾部分組成？有何特點(diǎn)。一部分來(lái)自燃料棒內(nèi)的顯熱，以及剩余中子引起的裂變和裂變產(chǎn)物的衰變及中子俘獲產(chǎn)物的衰變。上述三點(diǎn)隨時(shí)間變化的特性各不相同，鈾棒內(nèi)的顯熱和剩余中子裂變熱大約在半分鐘之內(nèi)傳出，其后的冷卻要求完全取決于衰變熱。12.以鈾-235作為燃料的壓水堆中，每次裂變釋放出來(lái)的熱量約為多少？在大型壓水堆的設(shè)計(jì)中，往往取燃料元件的釋熱量占堆總

8、釋熱量的百分之幾？200Mev 97.4%.13與早期壓水堆中采用的均勻裝載方案相比，現(xiàn)代大型壓水堆采用分區(qū)裝載方案的優(yōu)點(diǎn)是什么？1功率的分布得到展平2燃料的平均燃耗提高 十九頁(yè)下部14什么是沸騰危機(jī)，沸騰危機(jī)可以分為哪兩種？所謂沸騰傳熱惡化是指在一定的工況參數(shù)下管壁同沸騰工質(zhì)間的換熱系數(shù)突然下降、加熱壁面同沸騰工質(zhì)間的換熱量大大減少(對(duì)于恒壁溫系統(tǒng))或壁面溫度大大升高(對(duì)恒熱流系統(tǒng))的現(xiàn)象。沸騰危機(jī)分為兩種，由于換熱偏離核態(tài)沸騰而造成的傳熱惡化稱為第一類沸騰危機(jī)。由于液膜蒸干而引起的傳熱惡化稱為第二類沸騰危機(jī)。15在垂直加熱蒸發(fā)管中，一般認(rèn)為的兩相流流型主要有哪幾種？水平加熱管道中的典型流型

9、有哪些？垂直加熱蒸發(fā)管：?jiǎn)蜗嘁后w，泡狀流，彈狀流，環(huán)狀流，滴狀流，單相氣體水平加熱管道：?jiǎn)蜗嘁后w，泡狀流，塞狀流，波狀流，環(huán)狀流16在壓水堆燃料元件的傳熱算中，包殼外表面的最高溫度主要受哪些因素的限制?用鋯合金做的包殼的外表面工作溫度一般不得超過(guò)多少度？ （自己找）鋯合金包殼表面的最高工作溫度一般應(yīng)限定在350以下17. 氣隙傳熱有哪兩種基本模型？各適用于何種條件？答：氣隙傳熱有“氣隙導(dǎo)熱模型”“接觸導(dǎo)熱模型”兩種基本模型。對(duì)于新的燃料元件或燃耗很淺的燃料元件，可以認(rèn)為包殼與芯塊沒(méi)有接觸，采用氣隙導(dǎo)熱模型比較合適。當(dāng)燃耗很深，包殼與芯塊已經(jīng)發(fā)生接觸，應(yīng)該采用接觸導(dǎo)熱模型。18. 積分熱導(dǎo)率基本

10、概念和計(jì)算方法？答：燃料芯塊的導(dǎo)熱率u一般都與溫度有關(guān)，而且u隨溫度的變化往往不是線性關(guān)系，要直接用它計(jì)算仍然比較麻煩，因而往往把u對(duì)溫度t的積分作為一個(gè)整體看待，而不直接做積分運(yùn)算，這樣既可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算，又可以減小計(jì)算結(jié)果誤差。我們把稱為積分導(dǎo)熱率。對(duì)任何形狀的燃料元件都可以建立積分導(dǎo)熱率與輸出功率之間的關(guān)系，對(duì)于均勻釋熱情況， 式中、取決于燃料元件的幾何形狀。（這個(gè)計(jì)算方法在59頁(yè)，大家自己看，要會(huì)推導(dǎo)圓柱和平板的積分熱導(dǎo)率公式。）19. 壓水堆主回路中的總壓降由哪幾部分組成？對(duì)于閉合回路，系統(tǒng)中哪項(xiàng)壓降為零。答：壓水堆主回路總壓降由提升壓降、摩擦壓降、加速壓降、局部壓降四部分組成。對(duì)于

11、閉合回路，系統(tǒng)中加速壓降為零。20.對(duì)于單相流，確定某一截面發(fā)生臨界流的兩個(gè)等價(jià)條件是什么？答：1）臨界截面的流速等于當(dāng)?shù)芈曀佟?）臨界截面的上游流動(dòng)不受下游壓力下降的影響。 21、什么叫均相流模型？其基本假設(shè)有哪些？分離流模型的基本假設(shè)有哪些？均相流模型假設(shè)兩相均勻混合，把兩相流動(dòng)看作為某一個(gè)有假象物性的單相流動(dòng)，該假想物性與每一個(gè)相的流體的物性有關(guān)。 汽相和液相的流速相等（S=1）兩相間處于熱力學(xué)平衡使用規(guī)定得恰當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)?zāi)Σ料禂?shù)分離流模型則假設(shè)兩相完全分開(kāi)，把兩相流動(dòng)看作為各相分開(kāi)的單獨(dú)的流動(dòng)，并考慮相間的作用。汽相和液相的流速不相等兩相間處于熱力學(xué)平衡應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式或簡(jiǎn)化的概念建立建立兩

12、相摩擦壓降倍數(shù)和空泡份額的具體表達(dá)式22、什么叫自然循環(huán)？自然循環(huán)對(duì)核電廠的安全運(yùn)行有什么意義？影響壓水堆核電站自然循環(huán)的主要因素有哪些？自然循環(huán)是指在閉合回路內(nèi)依靠熱段（上行段）和冷段（下行段）中的流體密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的流動(dòng)循環(huán)。對(duì)于反應(yīng)堆系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果對(duì)心結(jié)構(gòu)和管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理，就能夠利用這種驅(qū)動(dòng)壓頭推動(dòng)冷卻劑在一回路中循環(huán)，并帶出堆內(nèi)產(chǎn)生的熱量（裂變熱或衰變熱）。（影響因素自己找）23、什么是質(zhì)量含氣率、空泡份額及容積含氣率？靜態(tài)含氣率xs：，適用于不流動(dòng)的系統(tǒng)或汽液兩相平均速度相同的系統(tǒng)。流動(dòng)含氣率x：，平衡態(tài)含氣率，汽液兩相混合物的比焓;飽和液體的比焓;汽化潛熱空泡份額

13、：蒸汽的體積與汽液混合物總體積的比值汽液混合物中液相的體積；汽液混合物中汽相的體積容積含氣率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的兩相總?cè)莘e中，氣相所占的比例份額。式中，V,V分別表示氣相和液相介質(zhì)的容積流量24、什么是熱點(diǎn)因子、熱管因子？降低熱管因子和熱點(diǎn)因子的主要途徑有哪些？熱管：?jiǎn)渭儚暮说囊蛩乜?，積分輸出最大的冷卻劑通道稱為熱管或熱通道；熱點(diǎn)：堆芯內(nèi)某一燃料元件表面溫度最大的點(diǎn)，稱為熱點(diǎn)。降低核熱點(diǎn)因子、核熱管因子的方法：1利用不同的濃度的核燃料分區(qū)裝料2設(shè)置反射層3安裝控制棒和可燃毒物棒。降低工程熱點(diǎn)因子、工程熱管因子的方法：1合理確定有關(guān)部件的加工和安裝精度2精心進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水利模擬實(shí)驗(yàn)3加強(qiáng)

14、相鄰燃料通道間的冷卻劑的交混。25.熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則概念，壓水堆設(shè)計(jì)中規(guī)定的穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有哪些主要內(nèi)容？熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在計(jì)反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)時(shí)，為了保證反應(yīng)堆運(yùn)行安全可靠，針對(duì)不同的堆型，預(yù)先規(guī)定了熱工設(shè)計(jì)必須遵守的要求，這些要求通常稱為堆的熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。1、燃料元件芯塊內(nèi)最高溫度應(yīng)低于其相應(yīng)燃耗下的熔化溫度。 2、燃料元件外表面不允許發(fā)生沸騰臨界。 3、必須保證的正常運(yùn)行工況下燃料元件和堆內(nèi)構(gòu)件能得到充分冷卻；在事故工況下能提供足夠的冷卻劑以排出堆芯余熱。 4、在穩(wěn)態(tài)額定工況和可預(yù)計(jì)的瞬態(tài)運(yùn)行工況中，不發(fā)生流動(dòng)不穩(wěn)定性。26.臨界熱負(fù)荷的影響因素有哪些？如何影響？1冷卻劑質(zhì)量流量2含氣率3冷卻劑

15、運(yùn)行壓力4入口欠熱度5通道入口長(zhǎng)度27反應(yīng)堆停堆后燃料元件表面熱流密度下降速度與燃料元件剩余功率下降速度是否相同？為什么？ 不相同。影響燃料元件表面熱流密度的因素除了燃料元件的剩余功率外，還有燃料元件的內(nèi)儲(chǔ)存的顯熱，因此，其下降速度是不相同的。二、綜合題1繪出大容積沸騰曲線，標(biāo)明各部分的傳熱類型并說(shuō)明各部分特征。B點(diǎn)為沸騰起始點(diǎn)，B點(diǎn)之前為非沸騰區(qū)，沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，壁面與流體之間通過(guò)無(wú)相變的自然對(duì)流換熱，傳熱系數(shù)小。B點(diǎn)開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，氣泡脫離壁面，產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，是對(duì)流換熱系數(shù)大大增加，因此B點(diǎn)后熱流密度迅速上升，但壁溫增加不大。到C點(diǎn)達(dá)到最大。C點(diǎn)的熱流密度稱為臨界熱流密度，BC區(qū)稱為核態(tài)沸騰區(qū)

16、。C點(diǎn)之后，不分加熱面連成一片蒸汽膜覆蓋，熱阻上升，換熱系數(shù)減小。熱流密度下降。到D點(diǎn)達(dá)到最小值，此時(shí)氣膜覆蓋全部加熱面。CD區(qū)為過(guò)度沸騰區(qū)。D點(diǎn)之后的區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定的膜態(tài)沸騰區(qū)，壁面通過(guò)氣膜的導(dǎo)熱以及輻射傳熱與流體進(jìn)行熱量傳遞。在C點(diǎn)之前，有一個(gè)表現(xiàn)為q上升緩慢的核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點(diǎn)，稱為DNB點(diǎn)。2、繪出均勻堆芯棒狀燃料元件軸向的釋熱量ql(z)分布和冷卻劑溫度tf(z)、燃料元件包殼外表面溫度tcs(z)及燃料元件中心溫度to(z)的軸向分布，并對(duì)tcs·max及to·max一般所處的位置作簡(jiǎn)要說(shuō)明。服從余弦分布，在z=0處，ql最大為ql(0) 均勻反應(yīng)堆LRLRe，tf(z

17、)服從正弦分布tcs(z)比tf(z)增加了一個(gè)與ql(z)有關(guān)的余弦項(xiàng)，其最高溫度的位置，應(yīng)向z=0處移動(dòng)，故tcs,max所處的位置在堆芯半高度處與冷卻劑出口之間。 ，to(z)比tcs(z)又增加了一個(gè)余弦項(xiàng)，故t0,max所處的位置應(yīng)在tcs,max位置與z=0之間。3.假定堆芯軸向功率為余弦分布（取堆芯活性區(qū)半高處為原點(diǎn)），請(qǐng)定性畫(huà)出沿堆芯軸向變化的堆芯平均熱流密度以及臨界熱負(fù)荷的變化曲線，并畫(huà)出MDNBR所在位置。三、計(jì)算題（參考）1、已知某反應(yīng)堆內(nèi)有燃料組件156個(gè)，每個(gè)組件有燃料元件274根，每根燃料元件有效長(zhǎng)度4m，直徑10mm，平均表面功率密度q=5.5×105W/m2。求該反應(yīng)堆的熱功率。若核電廠的效率=3