流体力学和传热学.ppt

* 3.6 换热器的基本概念 1. 换热器：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规 定的工艺要求的装置 2. 三种类型换热器简介 间壁式 混合式 蓄热式 套管式 壳管式(管壳式) 交叉流换热器 板式 螺旋板式 管束式 管翅式 板翅式 * 3. 间壁式换热器的主要型式 套管式换热器：有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流 体流量不大的情形 * (2) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程 * 进一步增加管程和壳程 增加管程 * (3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。 (c) 板翅式交叉流换热器 * (4) 板式换热器： 由一组几何结构相同 的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔 地在每个通道中流动， 特点：拆卸清洗方便， 适用于含有易结垢物 的流体。 单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一般将大于700m2/m3的换热器称为紧凑式换热器，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。 * (5) 螺旋板式换热器： 换热表面由两块金属板卷制而成。 优点：换热效果好； 缺点：密封比较困难。 4. 对数平均温差 * 1）核燃料元件内的热传导 裂变能主要产生于核燃料 元件内部，燃料元件的长径 比很大，因此可忽略轴向传 热，核燃料元件可看成是带 内热源的仅存在径向传热的柱状固体： 2）燃料芯块与包壳之间间隙的传热 没有内热源的薄层，热量通过这个充气的间隙主要是靠导热。 这个间隙虽然很薄，但它引起的温度一般可以达到几十甚至几百℃，要对间隙热导进行精确的计算是很困难的。 3）通过包壳（圆筒壁）的热传导 3.7 堆内传热过程 * 4) 堆芯冷却剂通道内的换热 Z t0 tu tg tw tf 燃料裂变所产生的热量，主要 通过元件的包壳传给冷却剂—— 对流换热。 牛顿冷却定律 燃料包壳外表面热流密度（W／m2） 表面传热系数 燃料包壳外表面温度℃ 冷却剂主流温度℃ r T 冷却剂 包壳 燃料芯块 综合1）、2），可以计算出堆芯 内部温度的分布。以棒状燃料元件 为例，典型的温度分布示意图 * 谢 谢！ * 第二讲 流体力学基础 * 气体 液体 ★流体 比固体更易变形与压缩 流体只能承受压力，几乎不能承受拉力 2.1 流体特性 连续介质假设 流体力学研究流体的宏观特性，忽略流体的分子构成，把它看作一种连续性的介质，认为其中没有任何间隙。 1mm3水中有3.34×1020个分子，平均经过10-11s，分子就会从一个平衡位置 转向另一平衡位置，而在一般工程问题中描述流体运动的空间尺度精确到0.01mm就满足精度要求。 ★ 流体的粘性 流体与固体壁面相接触，会粘附于固壁表面。 相邻两层流体作相对运动时也会产生摩擦阻力。 动力粘性系数和运动粘性系数 * 实际流体都具有粘性，称为粘性流体或实际流体。为了简化，假想一种没有粘性的流体——理想流体。 ▲液体的粘性系数随温度升高而降低; ▲气体的粘性系数随温度升高而增大。 动力粘性系数? 的大小与流体的种类、温度以及压力有关。但压力的影响很小，一般只考虑温度的影响。 2.2 流体静力学基本方程 单位质量流体的 压力势能。 与一段液柱高度相当， 又称之为压力高度或 压力水头。 流体静力学基本方程 单位质量流体的位势能； 是相对于基准面的高度， 又称位置高度或位置水头 位势能与压力势能之和称为总势能； 位置水头与压力水头之和称为静水头 * 流体静力学基本方程物理意义： 当均质不可压缩流体在重力场中处于静止时，在流体中的任意点上，单位重量流体的总势能是常数。也可叙述为：任意点的静水头均相等。 2.3 连续性方程 对于定常流动 —流体质量守恒定律的数学表达形式。 2.4 流体的伯努利方程 1）理想流体伯努利方程 * 伯努利方程的物理意义 在流场中或沿流线，单位质量流体具有的位势能、压力 势能及动能之和是一个常数，或，总机械能是常数。 2） 粘性流体总流的伯努利方程 理想流体运动：总机械能守恒； 粘性流体运动：流层间的摩擦阻力会消耗机械能，因此， 总机械能将沿流程减小。 单位质量流体从断面 1-1到2-2消耗的机械 能—流体能量损失。 近似为1 沿程损