反應(yīng)堆熱工水力學(xué)作業(yè)解答

1、反應(yīng)堆熱工水力學(xué)作業(yè)參考答案湖北張坤第一章緒論1-2、二氧化鈾的熔點、密度、熱導(dǎo)率、比熱的特性如何？答：未經(jīng)輻射的二氧化鈾熔點的比較精確的測定值為C。輻射以后，隨著固相裂變產(chǎn)物的積累，二氧化鈾的熔點會有所下降，燃耗越深，下降得越多。熔點隨燃耗增加而下降的數(shù)值約為：燃耗每增加10000兆瓦·日/噸鈾，熔點下降32°C。二氧化鈾的理論密度為10.98，但實際制造出來的二氧化鈾，由于存在孔隙，還達(dá)不到這個數(shù)值。加工方法不同，所得到的二氧化鈾制品的密度也就不一樣。熱導(dǎo)率：未經(jīng)輻照的二氧化鈾，可以粗略的認(rèn)為，溫度在1600°C以下，熱導(dǎo)率隨著溫度的升高而減小，超過1600&

2、#176;C，二氧化鈾的熱導(dǎo)率則隨著溫度的升高而又有某種程度的增大。輻照對二氧化鈾熱導(dǎo)率的影響總的趨勢是：熱導(dǎo)率隨著燃耗的增加而減小。應(yīng)該指出二氧化鈾熱導(dǎo)率的影響與輻照時的溫度有著密切的關(guān)系，大體來說，溫度低于500°C時，輻照對熱導(dǎo)率的影響比較顯著，熱導(dǎo)率隨著燃耗的增加而有較明顯的下降，大于500°C時，特別是在1600°C以上，輻照的影響就變得不明顯了。氧鈾比對氧化鈾的熱導(dǎo)率也有一定的影響，隨著氧鈾比的增加，氧化鈾的熱導(dǎo)率將顯著減小。二氧化鈾的比熱可以表示成溫度的函數(shù)：在25°Ct1226°C的情況下，在1226°Ct2800&#

3、176;C的情況下，在上面兩式中，的單位是，的單位是。1-3、反應(yīng)堆對冷卻劑的要求是什么？答：在選擇合適的冷卻劑時希望具有以下特性：1 中子吸收截面小，感生放射性弱2 具有良好的熱物性（比熱大，熱導(dǎo)率大，熔點低，沸點高，飽和蒸汽壓力低等），以便從較小的傳熱面帶走較多的熱量。3 粘度低，密度高，使循環(huán)泵消耗的功率小4 與燃料和結(jié)構(gòu)材料的相容性好5 良好的輻射穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性6 慢化能力與反應(yīng)堆類型相匹配7 成本低，使用方便，盡量避免使用價格昂貴的材料。1-4、水作為冷卻劑，有什么優(yōu)缺點？答：水具有良好的熱物性，價格便宜，使用方便，所需輸送功率小。缺點主要有：水的沸點低，為了使高溫水保持液態(tài)，一回

4、路設(shè)備，包括反應(yīng)堆本體，須在高的壓力下運行。存在沸騰臨界問題，使得提高堆內(nèi)釋熱功率的可能性受到限制。水在高溫下的腐蝕作用相當(dāng)強(qiáng)，因此同高溫水相接觸的設(shè)備和部件須有耐腐蝕的高強(qiáng)度材料制造。第二章反應(yīng)堆熱源及穩(wěn)態(tài)工況下的傳熱計算2-1、反應(yīng)堆的熱源來自于什么？答：來自于裂變過程中釋放出來的巨大能量。2-2、每次核裂變放出的裂變能是多少？約有多少百分比作為大型壓水堆堆芯燃料元件釋放熱量進(jìn)行傳熱計算？答：每次裂變釋放的裂變能約為200MeV，取97.4%進(jìn)行傳熱計算。2-3、堆芯的熱功率及其分布與什么因素有關(guān)？答：與燃料的布置、控制棒的分布、水隙及空泡，以及燃料元件的自屏蔽有關(guān)。2-4、圓柱形均勻裸堆

5、的熱功率分布是怎樣的？答：徑向為貝塞爾函數(shù)，軸向為余弦函數(shù)。2-6、什么是強(qiáng)迫對流，什么是自然對流？答：強(qiáng)迫對流是流體在機(jī)械作用下引起的強(qiáng)迫流動，自然對流是在流體內(nèi)部密度梯度引起的流體運動過程。2-7、試標(biāo)出下圖給出的沸騰曲線各部分的傳熱類型，并說明各部分的特征。答：（圖在教材48頁或者28頁）（AB段）：單相自然對流；依靠溫度梯度進(jìn)行熱量傳遞（BC段）：泡核沸騰；在加熱面上產(chǎn)生汽泡，在低熱流密度下，開始時只在一些點上產(chǎn)生。當(dāng)熱流密度增加后，由于汽泡聚合，到達(dá)高熱流密度時，在接近加熱面附近形成蒸汽或蒸汽柱。（DE段）：過渡沸騰；在加熱面上存在一層不穩(wěn)定的蒸汽膜，該蒸汽膜以多少有點不規(guī)則的間隔釋

6、放出一些大的蒸汽片。這時的加熱面是間斷潤濕的。只有在壁面溫度可以受控制的條件下，才能對這個區(qū)進(jìn)行研究。（EF段）：膜態(tài)沸騰區(qū)；整個受熱面為穩(wěn)定的汽膜所覆蓋，從傳熱強(qiáng)度在E點達(dá)到最低值。此后隨著壁溫的進(jìn)一步升高，傳熱強(qiáng)度因輻射傳熱的增強(qiáng)而又有所提高。2-8、什么是沸騰危機(jī)？有哪兩種？分別說明其特點。答：稱大容器飽和中的臨界熱流為沸騰危機(jī)（元件包殼可能被燒毀的那個沸騰狀態(tài)）。第一類沸騰危機(jī)：由于換熱偏離核態(tài)沸騰而造成的傳熱惡化；第二類沸騰危機(jī)，由于液膜蒸干而引起的傳熱惡化。沸騰臨界一般和發(fā)生沸騰臨界時流型有著密切的關(guān)系，根據(jù)流動工況的不同，通常把沸騰臨界分為兩類，即過冷或低含汽量下的沸騰臨界和高含

7、汽量下的沸騰臨界。低含汽量下，大的溫度階躍足以導(dǎo)致加熱面迅速“燒毀”，叫“快速燒毀”；高含汽量下一般不會使金屬材料馬上燒損，稱為“慢速燒毀”。2-9、什么是臨界熱流密度？答：沸騰臨界的特點是由于沸騰機(jī)理的變化引起放熱系數(shù)的陡降，導(dǎo)致受熱面的溫度驟升。剛剛達(dá)到沸騰臨界時的熱流密度稱為臨界熱流密度。2-10、如果熱流密度不高，不會達(dá)到偏離泡核沸騰工況，試問隨著含汽量的升高，相繼會出現(xiàn)什么傳熱工況？答：單向自然對流、泡核沸騰。2-11、說明熱量從燃料棒芯塊中心到芯塊表面、間隙、包殼內(nèi)外壁以及冷卻劑的傳熱過程，并寫出這些過程中的各個傳熱公式。答：從燃料棒芯塊中心到芯塊表面：具有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問題，公式為

8、芯塊表面到包殼內(nèi)壁：可認(rèn)為是無內(nèi)熱源的環(huán)形氣隙的導(dǎo)熱問題，公式為包殼內(nèi)壁至包殼包壁：無內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問題，公式為包殼外壁至冷卻劑：無內(nèi)熱源的對流換熱，公式為2-12、寫出堆芯的輸熱公式。答： 千瓦2-14、什么是層流，什么是湍流？區(qū)分層流和湍流的判據(jù)是什么？ 答：層流：流體流動時，各質(zhì)點作分層運動，流體質(zhì)點在流層之間不發(fā)生混雜，呈規(guī)則的層狀運動。湍流：流體流動時，質(zhì)點呈紊亂流動形態(tài)，流體質(zhì)點不保持在一個固定層內(nèi)運動，而有互相交混和碰撞，產(chǎn)生動量交換。區(qū)分層流和湍流的判據(jù)是雷諾數(shù)：當(dāng)時，可能是層流，也可能是湍流，屬于過渡區(qū)段。2-16、已知燃料元件棒的體積釋率，如何換算成燃料元件棒表面的熱流密度和

9、燃料元件棒的線功率密度？答：燃料芯塊的線功率，燃料芯塊的表面熱流密度，燃料芯塊的體積釋熱率，三者之間的關(guān)系為：2-17、反應(yīng)堆停堆后的熱源有哪幾種？剛停堆時堆的剩余功率約占總熱功率的百分之幾？答、反應(yīng)堆停堆后的熱源有剩余裂變功率、裂變產(chǎn)物衰變功率、中子俘獲產(chǎn)物的衰變功率。約占總功率的6%2-18、停堆之后，燃料元件表面熱流密度下降的速度是否與燃料元件的剩余發(fā)熱下降速度相同，為什么？答：不相同，主要是因為影響兩者的因素不完全一樣。第三章核反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)工況的水力計算3-1、核反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)工況的水力計算的任務(wù)是什么？答：穩(wěn)態(tài)工況水力計算的內(nèi)容概括起來主要包括以下幾個方面：1、 計算冷卻劑的流動壓降，以便

10、確定：堆芯各冷卻劑通道內(nèi)的流量；合理的堆芯冷卻劑流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及冷卻劑循環(huán)泵所需要的功率。2、 對于采用自然循環(huán)冷卻的反應(yīng)堆（如沸水堆），或利用自然循環(huán)輸出停堆后的衰變熱，需要通過水力計算確定在一定的反應(yīng)堆功率下的自然循環(huán)水流量，配合傳熱計算，定出堆的自然循環(huán)能力。3、 對于存在汽水兩相流動的裝置，像沸水堆或蒸汽發(fā)生器，要分析其系統(tǒng)內(nèi)的流動穩(wěn)定性。在可能發(fā)生流量漂移或流量振蕩的情況下，還應(yīng)在分析系統(tǒng)水動力特性的基礎(chǔ)上，尋求改善或消除流動不穩(wěn)定性的方法。3-2、流體流動的總壓降由哪幾部分組成？ 答： 總壓降由四部分組成：提升壓降、加速壓降、摩擦壓降、形阻壓降（也稱局部壓降）

11、。3-3、單相流體的摩擦壓降的計算公式如何？摩擦阻力系數(shù)主要與哪些因素有關(guān)？答：計算單相流的摩擦壓降，普遍采用達(dá)西公式，即式中f稱為達(dá)西韋斯巴赫摩擦系數(shù)，它與流體的流動性質(zhì)（層流與湍流）、流動狀態(tài)（定型流動即充分展開的流動與未定型流動）、受熱情況（等溫與非等溫）、通道的幾何形狀、表面粗糙度等因素有關(guān)。3-6、什么是汽液兩相流動？答：多種物相在同一個系統(tǒng)內(nèi)一起流動稱為多相流。汽液兩種物相在同一個系統(tǒng)內(nèi)一起流動稱為汽液兩相流動。3-7、什么是質(zhì)量含汽率x、體積含汽率、空泡份額和滑速比S？寫出空泡份額的理論計算公式。答：(a含汽量（即質(zhì)量含汽率）在汽夜兩相混合物中定義了三種：1 靜態(tài)含汽量。對于不流

12、動的系統(tǒng)，即在汽相和液相都沒有運動的系統(tǒng)內(nèi)，靜態(tài)含汽量定義為 2 真實含汽量。對于流動通道，任何一個橫截面上的真實含汽量定義為3 平衡態(tài)含汽量。其汽液兩相處于熱力平衡狀態(tài)。(b將稱為體積含汽率。(c在靜止的汽液混合物中，空泡份額被定義為蒸汽的體積與汽液混合物總體積的比值；在流動系統(tǒng)中，在所考慮的區(qū)段內(nèi)的空泡份額是該區(qū)段蒸汽的體積與汽液混合物總體積之比。(d在兩相流中，蒸汽的平均速度與液體的平均速度之比稱為滑速比S。(e空泡份額的理論計算公式：3-10、寫出水泵的功率計算表達(dá)式。答：有效功率千瓦，軸功率千瓦3-11、什么是水泵的汽蝕？答：泵在運行時，其內(nèi)部液流的壓力會發(fā)生變化。當(dāng)泵內(nèi)局部區(qū)域的壓

13、力降低到液體汽化壓力以下時液體就要汽化，這時在液體中要生成大量汽泡，發(fā)生空泡現(xiàn)象，在汽泡中充滿著水蒸汽和原來溶解于液體的氣體。當(dāng)含有大量汽泡的液體向前流經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時，由于這里的壓力已達(dá)到或大于汽化壓力，則水蒸汽立即凝結(jié)成液態(tài)。這時汽泡周圍壓力較高的液流以很高的速度沖向汽泡，促使汽泡的體積迅速縮小，最后汽泡破裂消失。在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水擊作用。以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，沖擊應(yīng)力可達(dá)幾千個大氣壓。金屬受疲勞破壞，表面剝落，形成傷痕，嚴(yán)重時會將壁厚擊穿。這種現(xiàn)象叫剝蝕。另外在汽泡中還含有一些活潑氣體，當(dāng)汽泡凝結(jié)時散發(fā)出的熱量促使氣體對金屬加速化學(xué)腐蝕作用從而加速金屬的破壞。這種機(jī)械剝蝕和

14、化學(xué)腐蝕現(xiàn)象總稱做汽蝕破壞。3-12、汽蝕有什么危害？答：汽蝕的危害主要有：使泵的揚程和效率明顯下降，甚至供水?dāng)嗔?；產(chǎn)生振動和噪音；當(dāng)汽蝕汽泡潰裂時，在固體表面上產(chǎn)生很高的局部沖擊應(yīng)力，導(dǎo)致材料表面破損。3-13、什么原因引起一回路主泵汽蝕，汽蝕后會出現(xiàn)什么征兆？答：當(dāng)液體中帶有大量汽泡時就會發(fā)生汽蝕。所以當(dāng)反應(yīng)堆一回路出現(xiàn)破口，冷卻劑流失，水位降到反應(yīng)堆壓力容器出口管嘴標(biāo)高以下時或一回路內(nèi)冷卻劑溫度達(dá)到相應(yīng)壓力下的飽和溫度時，將在冷卻劑內(nèi)存在或產(chǎn)生大量汽泡，就要發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，引起流量和揚程減小，產(chǎn)生振動和噪音，導(dǎo)致水泵葉片破損。3-14、什么是自然循環(huán)？答：自然循環(huán)是指在閉合回路內(nèi)依靠熱段（

15、向上流）和冷段（向下流）中的流體密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動壓頭來實現(xiàn)的流動循環(huán)。3-17、自然循環(huán)對核電廠安全運行的重要意義是什么？答：在堆芯結(jié)構(gòu)和管道系統(tǒng)設(shè)計合理的情況下，就可以利用一回路的自然循環(huán)帶出停堆后產(chǎn)生的熱量，確保反應(yīng)堆安全停堆。3-18、一些什么原因會使反應(yīng)堆一回路的自然循環(huán)中斷？答：自然循環(huán)的建立是依靠驅(qū)動壓頭克服了回路內(nèi)上升段和下降段的壓降而產(chǎn)生的，如果驅(qū)動壓頭不足以克服上述壓降，自然循環(huán)就要停止?？赡茉颍荷仙魏拖陆刀蔚哪Σ翂航岛途植繅航堤蟆Ｉ仙魏拖陆刀沃g流體的密度差不夠大。可能由于蒸汽發(fā)生器二次側(cè)冷卻能力過強(qiáng)。如果二次側(cè)冷卻能力過強(qiáng)（流量很大、溫度低），很快地把一次側(cè)的水

16、溫在在倒U形管上升段內(nèi)降下來，與下降段的水溫相差甚少時，驅(qū)動壓頭就降低很多，使自然循環(huán)能力減小，甚至中斷。自然循環(huán)必須是在一個流體連續(xù)流動的回路（或容器）中進(jìn)行，如果中間隔斷了，就不能形成自然循環(huán)。例如堆芯中產(chǎn)生了汽體，并積存在壓力殼的上腔室，使熱段出水管口裸露出水面，形不成一個流通回路，自然循環(huán)就中斷。還有如果在蒸汽發(fā)生器的倒U管頂部積存了較多的汽體，驅(qū)動壓頭又不能使倒U形管上升段中的水（或水汽混合物）沖過去趕走積存的汽體，自然循環(huán)也要停止下來。3-19、什么是臨界流（或臨界流動），臨界流量，臨界流速？答：當(dāng)流體自系統(tǒng)中流出的速率不再受下游壓力下降的影響時，這種流動就稱為臨界流，此時的流量稱

17、為臨界流量，此時的流速稱為臨界流速。3-20、臨界流量的大小取決于上游工況還是下游工況，為什么？ 答：臨界流量的大小取決于上游工況。如果上游容器的壓力保持不變，并且假設(shè)容器中的流體溫度和比容也都是定值，當(dāng)外問題壓力即背壓下降到低于容器中的流體壓力時，流體便從通道內(nèi)向外流出，并在通道內(nèi)自至通道出口壓力之間建立起一個壓力梯度，這時的等于。當(dāng)進(jìn)一步降低時，也隨之下降，并且其值等于變化后的，出口流速也相應(yīng)增大；這個關(guān)系一直保持到某一個值，在該值下通道出口處流體的速度等于該處溫度和壓力下的聲速為止。此后，進(jìn)一步降低，出口截面處流速不會再加大，也不會再降低。事實上由公式也可以說明，臨界流量為，其中為上游滯

18、止壓力，為滯止溫度、滯止壓力下的比容。所以臨界流量取決于上游工況。4-1、壓水動力堆設(shè)計中規(guī)定的穩(wěn)態(tài)熱工設(shè)計準(zhǔn)則是什么？答：目前壓水動力堆設(shè)計中所規(guī)定的穩(wěn)態(tài)熱工準(zhǔn)則，一般有以下幾點：燃料元件外表面不允許發(fā)生沸騰臨界。燃料元件芯塊最高溫度應(yīng)低于熔化溫度。在穩(wěn)態(tài)額定工況時，要求在計算的最大熱力功率情況下，不發(fā)生流動不穩(wěn)定性。正常工況下，燃料元件和堆內(nèi)構(gòu)件能得到充分冷卻，事故工況下，能夠提供足夠的冷卻劑以排出堆芯余熱。4-2、什么是平均管，什么是熱管？答：平均管是以名義尺寸設(shè)計的具有平均熱流密度的假想通道。熱管是堆芯內(nèi)具有最大焓升的燃料冷卻劑通道。4-3、什么是熱管因子，什么是熱點因子？他們分別又由哪些部分組成？答：熱管因子是堆芯熱管最大焓升與堆芯名義最大焓升的比值；熱點因子是堆芯熱點最大熱流量與堆芯名義最大熱