核反应堆热工(热工部分)课程.ppt

核科学与技术学院 4.1 单相流体的流动压降 系统压降计算式： 摩擦压降 提升压降 加速压降 摩擦压降 形阻压降 流体自截面1至截面2时由流体位能改变而引起的压力变化 因流体速度变化而引起的压力变化 流体沿等截面直通道流动时由沿程摩阻力的作用而引起的压力损失 流体流过有急剧变化的固体边界所出现的集中压力损失 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 由流体重力势能的改变引起的静压力变化。只有在所给定的两个截面的位置之间有一定的竖直高度差时才会显示出来，对于单相流体有： 通常压力变化时，液体冷却剂的密度变化较小，如果温度变化不十分大，则上式的 可用冷却剂沿通道全长的算术平均值 来近似表示： 核科学与技术学院 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 计算单相流的摩擦压降，普遍采用达西（Dracy）公式： 达西公式适用于层流和湍流，把沿程摩擦压降的计算问题转化为确定沿程摩擦系数的问题 实验表明，摩擦系数与流体的流动性质（层流与湍流）、流动状态（定型流动即充分发展的流动与未定型流动）、受热状况（等温与非等温）、通道的几何形状、表面粗糙度等因素有关 核科学与技术学院 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 等温流动的摩擦系数 圆形通道 流体在圆形通道内作定型层流（Re2200）时，其摩擦系数可以通过解析法导出，其结果可以表示为： 对于光滑圆形通道内定型湍流的情况: 核科学与技术学院 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 等温流动的摩擦系数 圆形通道 对于粗糙的圆形通道，在整个湍流区常用的经验公式为： 对于工业用管，摩擦系数可以由莫迪曲线得到 核科学与技术学院 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 等温流动的摩擦系数 非圆形通道 对于层流：f=C/Re ，C的取值参考下表： 对于湍流，通常采用水力直径代替圆管公式中的直径，实验表明，De不能完全消除流道截面形状的影响，一般要偏低10%左右 核科学与技术学院 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 非等温流动的摩擦系数 对于p=10.34～13.79MPa的水n=0.6 非等温流动湍流摩擦系数，对于液体，大都采用西德尔-塔特（Sieder-Tate）所建议的方程计算： 与非金属流体相比较，液态金属的热导率高，粘性系数低，在加热或冷却时边界层内的流体温度与主流温度相差很少。对于这种情况，可按等温工况考虑 核科学与技术学院 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 通道进出口效应对摩擦系数的影响 在进口长度内，流体的流动尚未定型，其摩擦阻力比定型流动的摩擦阻力要大一些 实验表明，流体达到定型流动时的进口长度 为：湍流时： ，D是通道的直径；而层流时则 未定型流动的摩擦压降，目前还没有可供计算的精确表达式，通常由实验给出结果 当通道长度与当量直径之比大于100时，可按定型流动计算通道全长的摩擦压降 核科学与技术学院 4.1.1 液体冷却剂 提升压降 摩擦压降 加速压降 形阻压降 由于流体密度改变而产生的加速压降，其表达式为： 等截面 对于单相液，在不沸腾时密度变化是很小的，可以忽略加速压降，在液体沸腾时，密度要发生很大的变化，不能忽略加速压降 对于闭合回路，加速压降沿整个回路的积分为零 核科学与技术学院 例题 压水堆棒状燃料元件燃料芯块的直径du=8.19 mm，热导率ku=2.5 W/(m·℃)；包壳内外直径分别为dCI=8.36 mm，dCS=9.5 mm，热导率kc=17.5 W/(m·℃)；燃料—包壳间隙内气体的热导率kG=0.5 W/(m·℃)。如果燃料中心温度限制在2800 ℃，包壳外表面温度限制在350 ℃，试求棒状燃料元件的极限体积释热率。 核科学与技术学院 3.8　燃料元件的轴向温度分布 1.堆芯为无干扰圆柱堆芯，堆芯和燃料元件内的体积释热率沿轴向z成余弦分布。 2.燃料、包壳材料和冷却剂的热物性以及对流传热系数沿冷却剂流动方向z都为常数。 3.忽略燃料元件的轴向和周向导热。 4.不考虑沸腾传热。 基本假设： 3.8.1 棒状燃料元件 堆芯内燃料元件和其冷却剂的轴向温度分布取决于元件内的体积释热率的分布。由于反应堆存在核的和工程的各种因素的影响，堆芯和元件内的体积释热率沿轴向的分布是很复杂的。 核科学与技术学院 沿冷却剂通道的焓场和温度场、包壳外表面的温度分布以及燃料芯块的中心温度分布 3.8.1 棒状燃料元件