核反應(yīng)堆熱工分析復(fù)習(xí)資料大全

1、第一章 緒論（簡(jiǎn)答）1. 核反應(yīng)堆分類： 按中子能譜分 快中子堆、熱中子堆按冷卻劑分輕水堆(壓水堆,沸水堆)、重水堆、氣冷堆、鈉冷堆按用途分研究試驗(yàn)堆:研究中子特性、生產(chǎn)堆: 生產(chǎn)易裂變材料、動(dòng)力堆:發(fā)電艦船推進(jìn)動(dòng)力2.各種反應(yīng)堆的基本特征:3.壓水堆優(yōu)缺點(diǎn)：4.沸水堆與壓水堆相比有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一是省掉了一個(gè)回路，因而不再需要昂貴的蒸汽發(fā)生器。第二是工作壓力可以降低。為了獲得與壓水堆同樣的蒸汽溫度，沸水堆只需加壓到約72個(gè)大氣壓，比壓水堆低了一倍。 5.沸水堆的優(yōu)缺點(diǎn)：6.重水堆優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 中子利用率高（主要由于D吸收中子截面遠(yuǎn)低于H） 廢料中含235U極低，廢料易處理 可將238U 轉(zhuǎn)換

2、成易裂變材料 238U + n 239Pu 239Pu + n A+B+n+Q(占能量一半)缺點(diǎn)： 重水初裝量大，價(jià)格昂貴 燃耗線（800010000兆瓦日T（鈾）為壓水堆1/3） 為減少一回路泄漏（因補(bǔ)D2O昂貴）對(duì)一回路設(shè)備要求高7.高溫氣冷堆的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 高溫，高效率（750850，熱效率40） 高轉(zhuǎn)換比，高熱耗值（由于堆芯中沒有金屬結(jié)構(gòu)材料只有核燃料和石墨，而石墨吸收中子截面小。轉(zhuǎn)換比0.85， 燃耗10萬兆瓦日/T（鈾） 安全性高 （反應(yīng)堆負(fù)溫度系數(shù)大，堆芯熱容量大，溫度上升緩慢，采取安全措施裕量大） 環(huán)境污染?。ú捎煤庾骼鋮s劑，一回路放射性劑量較低，由于熱孝率高排出廢熱少）

3、有綜合利用的廣闊前景（如果進(jìn)一步提高氦氣溫度 900時(shí)可直接推動(dòng)氣輪機(jī)；1000時(shí)可直接推動(dòng)氣輪機(jī)熱熱效率大于50；10001200時(shí)可直接用于煉鐵、化工及煤的氣化） 高溫氦氣技術(shù)可為將來發(fā)展氣冷堆和聚變堆創(chuàng)造條件8.鈉冷快堆的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 充分利用鈾資源 239Pu + n A+B2.6個(gè)n 238U + 1.6個(gè)n 1.6個(gè)239Pu （消耗一個(gè)中子使1.6個(gè)238U 轉(zhuǎn)換成239Pu ） 堆芯無慢化材料、結(jié)構(gòu)材料，冷卻劑用量少 液態(tài)金屬鈉沸點(diǎn)為895堆出口溫度可高于560 缺點(diǎn)： 快中子裂變截面小，需用高濃鈾（達(dá)33） 對(duì)冷卻劑要求苛刻，既要傳熱好又不能慢化中子，Na是首選材料，Na是

4、活潑金屬，遇水會(huì)發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，因此需要加隔水回路9.各種堆型的特點(diǎn)、典型運(yùn)行參數(shù)第二章 堆芯材料選擇和熱物性（簡(jiǎn)答）1.固體核燃料的5點(diǎn)性能要求：教材14頁2.常見的核燃料：金屬鈾和鈾合金、瓷燃料、彌散體燃料3.選擇包殼材料，必須綜合考慮的7個(gè)因素：包殼材料的選擇· 中子吸收截面要小 · 熱導(dǎo)率要大 · 材料相容性要好 · 抗腐蝕性能 · 材料的加工性能 · 材料的機(jī)械性能 · 材料的抗輻照性能 只有很少的材料適合制作燃料包殼，鋁、鎂、鋯、不銹鋼、鎳基合金、石墨。目前在壓水堆中廣泛應(yīng)用的是鋯合金包殼。4.常見的包殼材料：

5、鋯合金、不銹鋼和鎳基合金5.選擇冷卻劑要考慮的7個(gè)要求：冷卻劑應(yīng)有良好的導(dǎo)熱性能和小的中子吸收截面，它與結(jié)構(gòu)材料應(yīng)有良好的相容性。冷卻劑的化學(xué)穩(wěn)定性要好，能在較高的溫度下工作，以獲得較高的熱效率，價(jià)格應(yīng)該便宜，使用安全。有時(shí)冷卻劑和慢化劑用同一種物質(zhì)。冷卻劑將堆芯熱量帶出堆外以供利用，本身被冷卻返回堆重新循環(huán)6.常見的冷卻劑：水和重水、鈉、氦氣7.選擇慢化劑要考慮的要求及常見的慢化劑：教材24-25頁第三章 反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)工況下的傳熱計(jì)算（簡(jiǎn)答+計(jì)算）1.計(jì)算: 傳熱計(jì)算（熱傳導(dǎo)的計(jì)算：傅里葉定律） 注：掌握無熱源情況 傅立葉定律： dT q = k dx k為導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·。它反映

6、了該種物質(zhì)導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱。k金屬 > k液 > k氣例題1 一塊厚度50 mm的平板，兩側(cè)表面分別維持在tw1=300，tw2=100 ，試求下列條件下通過單位截面積的導(dǎo)熱量：（1）材料為銅，導(dǎo)熱系數(shù)k374 W(m.K)；(2)材料為鋼，導(dǎo)熱系數(shù)k 36.3W(m·K)。解答：根據(jù)傅立葉定律 （1）材料為銅， k374 W(m.K)代入得：（2）材料為鋼， k36.3 W(m.K)代入得：牛頓冷卻公式： q = a ( twtf ) （a為對(duì)流換熱系數(shù)，W/m2·）例題2： 在一次測(cè)定空氣橫向流過單根圓管的對(duì)流換熱試驗(yàn)中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度tw69，空

7、氣溫度tf20，管子外徑d=14mm，加熱段長(zhǎng)80mm，輸入加熱段的功率為8.5W。如果全部熱量通過對(duì)流換熱傳給空氣，試問此時(shí)的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為多大?解答：根據(jù)牛頓冷卻公式： 例題3 對(duì)一臺(tái)氟里昂冷凝器的傳熱過程作初步測(cè)算得到以下數(shù)據(jù)：管水的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1=8700 W(m2·K)，管外氟里昂蒸氣凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)2=1800 W(m2·K)，換熱管子壁厚=1.5mm，管子材料為導(dǎo)熱系數(shù)k383W(m·K)的鋼。試計(jì)算：三個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻及冷凝器的總傳熱系數(shù)；欲增強(qiáng)傳熱應(yīng)從哪個(gè)環(huán)節(jié)入手?分析時(shí)可把圓管當(dāng)成平壁處理。解答： 水側(cè)換熱熱阻管壁導(dǎo)熱熱阻蒸氣凝

8、結(jié)熱阻 冷凝器的總傳熱系數(shù)：2.教材58頁：當(dāng)量直徑的計(jì)算3.影響堆芯功率分布的因素有哪些及分別怎樣影響的？ （教材31頁）答：燃料布置、控制棒、水隙及空泡對(duì)功率分布的影響 4.什么是熱管因子？ (教材35頁)5.教材42頁ql、q、qv的物理意義6.導(dǎo)熱、放熱、輸熱分別指什么？各遵循什么定律？ （教材42-49頁）7.積分熱導(dǎo)率的概念 （教材58頁）第四章 反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)工況下的水力計(jì)算1.穩(wěn)態(tài)工況下水力計(jì)算的3個(gè)任務(wù) （教材83頁）2.穩(wěn)態(tài)水力計(jì)算基本方程：質(zhì)量守恒方程式連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程（教材84頁）- 質(zhì)量守恒方程式連續(xù)性方程 也就是 VA常數(shù) =W，我們把W稱為質(zhì)量流量，單位kg/

9、s。 在流動(dòng)計(jì)算中，通常在某一段流道中，流通截面是不變的（例如在直徑不變的一段圓管流動(dòng)），則 V=常數(shù)我們稱，為質(zhì)量流速，單位為kg/m2·s，所以在等截面的流道中，得 G=常數(shù) 動(dòng)量守恒方程式 根據(jù)作用于微元體上的力應(yīng)該等于其動(dòng)量變化的原理，可得 展開上式，并略去微分相乘量，可得- 如果流通截面不變，則上式可寫為： 上式就是單相流體一維流動(dòng)的動(dòng)量守恒方程式，式中Uh為微元體的周界長(zhǎng)度，為壁面剪切應(yīng)力。 能量守恒方程式 同樣對(duì)上式微元體考慮能量平衡，可得 令能的變化dU可以寫成dU=dq+dF-pdv，式中，dF為不可逆的摩擦損失。當(dāng)微元體對(duì)外不作功，即dW=0，則能量平衡式可寫為：

10、 或 上式即單相流體一維流動(dòng)的能量守恒方程式，即單相流體流動(dòng)中，動(dòng)量守恒方程式和能量守恒方程式是相同的，同時(shí)可得，必須- 動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程還可表示成：,稱為摩擦壓降梯度；，稱為提升（或重位）壓降梯度；，稱為加速壓降梯度。 所以，流體在流道中流動(dòng)，且流道無局部阻力件時(shí)，總的流動(dòng)壓降由摩擦壓降、提升壓降和加速壓降組成。3.兩相流：兩個(gè)物相在同一個(gè)系統(tǒng)一起流動(dòng)稱為兩相流。4.含汽量和空泡份額 （掌握教材105頁 4-51、4-52 式）5.一回路的流動(dòng)壓降 （教材118頁 分段計(jì)算）6.堆芯冷卻劑流量分配不均勻的4個(gè)原因 （教材118頁）7.自然循環(huán)的基本概念： 若回路中流體的循環(huán)流動(dòng)是依

11、靠回路中流體本身的密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)壓頭作為推動(dòng)力，這樣的流動(dòng)稱為自然循環(huán)流動(dòng)。 （研究教材121頁圖4-20，圖4-21）8.課后習(xí)題：4-1: 某一傳熱試驗(yàn)裝置，包括一根由1.2m長(zhǎng)徑是13mm的垂直圓管組成的試驗(yàn)段。水從試驗(yàn)段頂部流出，經(jīng)過一個(gè)90度彎頭后進(jìn)入1.5m長(zhǎng)的套管式熱交換器，假設(shè)熱交換器安裝在水平管道的中間部分，水在管流動(dòng)，冷卻水在管外逆向流動(dòng)。熱交換器的管以及把試驗(yàn)段、熱交換器、泵連接起來的管道均為徑為25mm的不銹鋼管?；芈犯?m，總長(zhǎng)18m，共有四個(gè)彎頭。在試驗(yàn)段的進(jìn)出口都假設(shè)有突然的面積變化?；芈返倪\(yùn)行壓力是160巴，當(dāng)260的水以5m/s的速度等溫流過試驗(yàn)段時(shí)，求回

12、路的摩擦壓降。若試驗(yàn)段均勻加熱，使試驗(yàn)段的出口溫度變?yōu)?00，回路的壓降又是多少？假定這時(shí)熱交換器管的平均溫度比管水的平均溫度低40。4-2: 某沸水反應(yīng)堆冷卻劑通道，高1.8m，運(yùn)行壓力為48巴，進(jìn)入通道的水的過冷度為13，離開通道時(shí)的含汽量為0.06，如果通道的加熱方式是：1）均勻的和2）正弦的（坐標(biāo)原點(diǎn)取在通道的進(jìn)口處），試計(jì)算它的不飽和沸騰段高度和飽和沸騰段高度（忽略過冷沸騰段和外推長(zhǎng)度）。4-3: 設(shè)有一個(gè)以正弦方式加熱的沸騰通道（坐標(biāo)原點(diǎn)取在通道的進(jìn)口處），長(zhǎng)3.6m運(yùn)行壓力83巴，不飽和沸騰段高度為1.2m，進(jìn)口水的過冷度為15，試求該通道的出口含汽量和空泡份額（忽略過冷沸騰段）

13、。4-4: 試計(jì)算由直徑為20mm突然擴(kuò)大至50mm的水平管中汽水兩相流的靜壓力變化和壓力損失。假設(shè)系統(tǒng)的運(yùn)行壓力是10巴，含汽量是0.04，質(zhì)量流速是0.8kg/s。4-5: 試導(dǎo)出汽水兩相流的空泡份額 、真實(shí)含汽量x和滑速比S間的關(guān)系式。4-6: 某一模擬試驗(yàn)回路的垂直加熱通道，在某高度處發(fā)生飽和沸騰，已知加熱通道的徑d=2cm，冷卻水的質(zhì)量流量為1.2噸/時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行壓力是100巴，加熱通道進(jìn)口水焓為1214kJ/kg，沿通道軸向均勻加熱，熱流量 ，通道長(zhǎng)2m。試用平衡態(tài)模型計(jì)算加熱通道流體的飽和沸騰起始點(diǎn)的高度和通道出口處的含汽量。4-7: 已知壓水堆某通道出口、入口水溫為320和2

14、80，壓力為15.5MPa，元件外徑為10.72mm，活性段高度3.89mm，柵距14.3mm，包殼平均壁溫320，當(dāng)入口質(zhì)量流速為 時(shí)，求沿程摩擦壓降，加速壓降，并加以比較。9.臨界流模型及臨界流的特點(diǎn)：10.對(duì)于單相流，確定發(fā)生臨界流的兩個(gè)等價(jià)條件是：1）流速等于截面壓力和溫度下的聲速，2）截面上游流動(dòng)不受下游壓力的影響。 11.流動(dòng)不穩(wěn)定性的概念及原因：在被加熱液體發(fā)生相變的兩相流動(dòng)中，不均勻的體積變化可能導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定性。流動(dòng)不穩(wěn)定這個(gè)名稱的含義是指在一個(gè)熱力流體動(dòng)力學(xué)耦合的兩相系統(tǒng)中，流體受到某一微小擾動(dòng)后會(huì)引起質(zhì)量流量、壓降和空泡份額以某一頻率的常振幅或變振幅的振蕩。這種現(xiàn)象與機(jī)械

15、系統(tǒng)中的振動(dòng)很相似。12.流動(dòng)不穩(wěn)定性的主要類型：1）、水動(dòng)力不穩(wěn)定性;2)、并聯(lián)通道的管間脈動(dòng);3)、流型不穩(wěn)定性;4)、動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性;5)、熱振蕩第五章 反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計(jì)原理1.反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 （教材140頁3點(diǎn)針對(duì)壓水堆）2. 當(dāng)不考慮在堆芯進(jìn)口處冷卻劑流量分配的不均勻，以及不考慮燃料元件的尺寸、性能等在加工、安裝、運(yùn)行中的工程因素造成的偏差，單純從核方面考慮，堆芯存在著某一積分功率輸出最大的燃料元件冷卻劑通道，即熱管。同時(shí)堆芯還存在著某一燃料元件表面熱流量最大的點(diǎn)，即熱點(diǎn)。熱管：積分功率輸出最大的冷卻劑通道；熱點(diǎn)：燃料元件表面熱流量最大的點(diǎn)；認(rèn)為：熱點(diǎn)位于熱管；平均管是一個(gè)具有設(shè)計(jì)的名義尺寸、平均的冷卻劑流量和平均釋熱率的假想通道，反映整個(gè)堆芯的平均特性。 （教材141頁）3.為了衡量各有關(guān)的熱工參數(shù)的最大值偏離平均值的程度，引進(jìn)了一個(gè)修正因子，這個(gè)修正因子就稱為熱管因子或熱點(diǎn)因子。它們是用各有關(guān)的熱工（或物理）參數(shù)的最大值與平均值的比值來表示的。 4.燒毀比和最少燒毀比的概念 （教材167頁 5-36、5-45、5-54） 5.降低熱管因子和熱點(diǎn)因子的途徑：þ 核熱管因子和熱點(diǎn)因子：þ 沿堆芯徑向裝載不同濃縮度的核燃料þ 在堆芯周圍設(shè)置反射層þ 固體可燃毒物的適當(dāng)布置以及控制棒分組及棒位的合理確定。þ 加硼水&