反应堆热工水力学.pptVIP

传热分析 4 燃料元件传热分析 4.1 燃料元件导热过程 4.2 气隙导热 为什么要分析温度分布 为什么要分析温度分布 首先，要保证在任何情况下不会发生燃料元件熔化 第二，热应力，高温下的蠕变和脆裂 第三，包壳表面和冷却剂的化学反应也与温度密切相关 最后，燃料和慢化剂的温度变化会引入反应性的变化 影响燃料元件内温度场的因素 发热功率是决定元件内温度场的首要因素 不同的元件和包壳材料也会导致不同的温度场 冷却剂的流动状态以及温度状态 释热率与温度场是互相耦合的 4.1 芯块和包壳导热计算 傅里叶导热定律 导热基本方程 稳态的导热方程 空间微元体分析 微元体分析 微元体分析 简化方法 困难所在：热导率是温度的函数 简化方法之一： 定常热导率 k=const 简化方法 困难所在：热导率是温度的函数 简化方法之二： 定常热导率 平均热导率 简化方法 困难所在：热导率是温度的函数 简化方法之三： 定常热导率 平均热导率 积分热导率 积分热导率 定常热导率法分析 无穷大均匀发热的平板元件 包壳内导热问题 认识热阻 圆柱形燃料元件-芯块内 圆柱形燃料元件-包壳内 用积分热导率法分析燃料棒 用积分热导率法分析燃料棒 气隙导热模型 混合气体的热导率 理想气体热导率 氦气A=15.8，氩气A=1.97， 氪气A=1.15，氙气A=0.72 接触导热模型 hg=5678 W/（m2·K） 4.3 燃料元件传热 热阻示意图 例4-1 假设一个PWR燃料组件的某一点， 冷却剂平均温度为305℃， 线功率密度为17.8kW/m， 燃料包壳外直径为9.5mm， 包壳厚度为0.57mm， 气隙厚度为0.08mm， 假如燃料的平均热导率ku=3.6W/（m·℃）， 包壳的平均热导率kc=13W/（m·℃）， 求该点处燃料芯块中心温度。 小结 傅里叶导热定律出发得到导热方程 微元体分析方法 热导率处理方法 定常热导率，平均热导率，积分热导率 燃料元件导热分析 通解+边界条件=定解 从平板过渡到圆柱 热阻模型 气隙传热模型 燃料芯块中心温度计算 作业 4.1 某反应堆的圆柱形燃料元件，芯块热导率为k = 1+3 e-0.0005t，芯块直径为8.5 mm，已知某点芯块表面温度为400℃，表面热流密度为1.7 MW/m2，计算该点的芯块中心温度。 4.2 试计算下图中复合墙的平均热流密度。（假设是一维的） 已知：热壁表面温度370 ℃ 冷壁面温度66 ℃。 B和D的面积相等，各层的厚度见图。 A，B，C，D区的热导率分别为 A-150 W/(m ℃) B-30 W/(m ℃) C-50 W/(m ℃) D-70 W/(m ℃) 作业 4.3 推导一维无内热源的球型包壳的热流密度公式： 4.4 压水堆UO2燃料棒的外直径为10.45mm，芯块直径为9.53mm，包壳热导率为19.54W/（m·℃），厚度为0.41mm，热点处包壳表面温度为342℃，包壳外表面热流密度为1.395×106W/m2，试求满功率时热点处芯块的中心温度。 * * 导热 ？ x方向 微元体能量守恒 微元体能量守恒 问: 热水瓶内的2kg水用1000W热得快烧大概需要几分钟？ 热导率简化 热导率简化 热导率简化 Kirchoff变换 积分热导率 90.00 2805 50.81 1100 81.07 2432 48.06 1000 79.16 2348 45.14 900 74.88 2155 42.02 800 71.31 1990 38.65 700 68.86 1876 34.97 600 66.87 1738 30.93 500 61.95 1560 26.42 400 58.40 1405 21.32 300 55.84 1298 15.44 200 53.41 1200 8.49 100 Ik / (W·cm-1) t / ℃ Ik / (W·cm-1) t / ℃ 燃料内 包壳内-无内热源 热阻 圆柱形 圆柱形 积分热导 积分热导 思考：同样线功率密度的情况下燃料芯块中心温度和燃料棒直径有关吗？ 气隙 径向裂纹，不太影响径向导热 紧密接触 包壳和芯块开始“亲密接触” 燃料棒的最终形态 1 2 3 4.2 气隙传热 * * *