核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)第5部分穩(wěn)態(tài)工況下流體力學(xué)分析

第2章反應(yīng)堆內(nèi)的釋熱壓水堆操縱員基礎(chǔ)理論培訓(xùn)——《核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)》授課人：5)4)主要內(nèi)容要點1)2)3)2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布2.2核熱通道（熱管）因子2.3燃料棒和堆芯釋熱計算2.4結(jié)構(gòu)材料、慢化劑和壓力容器的釋熱2.5停堆后的釋熱及其冷卻2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布熱源來自于易裂變核素的裂變能量每次裂變放出的總能量平均約為200MeV未計及中微子及反中微子的能量所產(chǎn)生熱源的分布與堆型、燃料型式及運行時間等因素有關(guān)2.1.1反應(yīng)堆的熱源裂變能的近似分配裂變能絕大部分在燃料元件內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軣岫逊蓊~90%壓水動力反應(yīng)堆97.4%沸水反應(yīng)堆96%2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布裂變率（反應(yīng)率）：單位時間單位體積發(fā)生裂變的次數(shù)2.1.2堆芯體積釋熱率2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布體積釋熱率：堆芯內(nèi)單位時間單位堆芯體積內(nèi)由裂變反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)變成的熱能2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布堆芯平均比功率：堆芯內(nèi)單位質(zhì)量燃料發(fā)出的熱功率堆芯平均功率密度：平均單位堆芯體積所發(fā)出的熱功率2.1.3堆芯和燃料元件的功率度量表示法2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布堆芯平均燃料體積釋熱率：堆芯內(nèi)平均單位體積燃料所產(chǎn)生的熱功率堆芯平均元件表面熱流密度：堆芯內(nèi)平均單位元件表面積上的熱功率2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布堆芯平均元件棒線功率密度：堆芯內(nèi)單位長度元件棒所發(fā)出的平均熱功率功率平衡關(guān)系：棒狀元件2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布2.1.4堆芯內(nèi)釋熱率的分布2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布均勻裝載的無干擾非均勻有限圓柱形反應(yīng)堆內(nèi)體積釋熱率（取堆芯中心為坐標(biāo)原點）：2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布12燃料分區(qū)裝載：沿堆芯不同位置布置不同富集度的燃料的裝載方式通過燃料分區(qū)裝載可以實現(xiàn)：調(diào)節(jié)不同位置的易裂變核素數(shù)密度展平堆芯內(nèi)的功率分布2.1.5影響堆芯功率分布的因素2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布控制棒的影響控制棒用來控制反應(yīng)性、啟停反應(yīng)堆等通過改變中子注量率來改變功率分布通常在徑向位置可展平功率分布在運行不同階段有可能造成堆芯功率在軸向的畸變2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布水隙和空泡的影響水隙：水隙來源：控制棒提起；工程加工因素水隙影響：對中子的慢化水隙后果：形成局部的熱中子注量率、功率空泡：空泡來源：堆芯內(nèi)最熱區(qū)域的沸騰空泡影響：對中子的慢化空泡存在的后果：降低局部的熱中子注量率、功率2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布結(jié)構(gòu)材料的影響：堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料主要包括包殼、定位件、支撐結(jié)構(gòu)等材料結(jié)構(gòu)材料主要包括：鋯合金、不銹鋼、鎳基合金結(jié)構(gòu)材料對功率的影響主要表現(xiàn)在對中子的吸收2.1核裂變產(chǎn)生的能量及其在堆芯內(nèi)的分布燃料的自屏效應(yīng)2.2核熱通道（熱管）因子熱管因子和熱點因子為了衡量各有關(guān)的熱工參數(shù)的最大值偏離平均值（或名義值）的程度，而引入的修正因子熱因子=最大值/平均值（名義值）平均值-通常與核因素有關(guān)名義值-工程因素?zé)峁芤蜃?積分特性熱點因子-局部特性2.2核熱通道（熱管）因子18核熱通道因子徑向核熱通道因子軸向核熱通道因子熱流密度核熱通道因子2.2核熱通道（熱管）因子對于均勻圓柱形裸堆，忽略外推長度影響：對于實際反應(yīng)堆：2.3燃料棒和堆芯釋熱計算對于大型壓水反應(yīng)堆，通常滿足：棒的數(shù)目很多，可認為堆芯內(nèi)功率分布是平滑的棒的尺寸一般很小，可認為單根棒內(nèi)的釋熱率僅沿軸向有變化計算中坐標(biāo)的選擇2.3.1單根燃料棒的釋熱計算2.3燃料棒和堆芯釋熱計算單根燃料棒釋熱計算積分后，可得：忽略外推長度，即為：2.3燃料棒和堆芯釋熱計算對于大型壓水反應(yīng)堆，通常滿足：棒的數(shù)目很多，可認為堆芯內(nèi)功率分布是平滑的棒的尺寸一般很小，可認為單根棒內(nèi)的釋熱率僅沿軸向有變化計算中坐標(biāo)的選擇2.3.2非均勻堆芯的總釋熱2.4結(jié)構(gòu)材料、慢化劑和壓力容器的釋熱堆芯結(jié)構(gòu)材料內(nèi)的γ釋熱燃料包殼、定位格架、控制棒導(dǎo)向管、燃料組件骨架等γ射線釋熱的三種方式，都與材料本身的質(zhì)量數(shù)成正比計算方法2.4.1堆芯結(jié)構(gòu)材料內(nèi)的γ釋熱2.4結(jié)構(gòu)材料、慢化劑和壓力容器的釋熱慢化劑中的熱量來源及計算裂變中子動能（主要部分）、裂變產(chǎn)物放出的β粒子能量和一部分γ射線能量計算方法2.4.2慢化劑的釋熱2.4結(jié)構(gòu)材料、慢化劑和壓力容器的釋熱對象壓力容器、反射層、熱屏蔽和控制棒等影響γ釋熱的因素γ射線能量和材料對γ射線的吸收計算原理及方法厚壁部件可近似為平板2.4.3壓力容器或厚壁部件的γ釋熱2.4結(jié)構(gòu)材料、慢化劑和壓力容器的釋熱計算方法式中B——經(jīng)驗積累因子——γ射線的源強，MeV/(cm2s)——材料的能量吸收系數(shù),cm-1——γ射線能量的種類2.5停堆后的釋熱及其冷卻反應(yīng)堆停堆后的釋熱特點核特性的影響組成剩余裂變產(chǎn)生的功率裂變碎片的衰變功率中子俘獲產(chǎn)物的衰變功率2.5停堆后的釋熱及其冷卻停堆后釋放功率組成示意圖2.5停堆后的釋熱及其冷卻停堆后的冷卻通過主冷卻劑系統(tǒng)導(dǎo)出余熱：正常停堆、