反应堆热工水力学

反应堆热工水力学复习笔记

第一章

反应堆分类:

  • 按中子能谱:热堆快堆
  • 按冷却剂:轻水堆(压水堆沸水堆),重水堆气冷堆钠冷堆
  • 按用途:研究试验堆生产堆动力堆

压水堆是技术上最成熟的一种堆型。

第二章

水的物性

  • 热力学性质
    • 温度
    • 压力
    • 比体积
    • 比热容
    • 比焓
    • 比熵
  • 输运性质
    • 热导率
    • 动力粘度
    • 运动粘度
    • 表面张力

      朗肯循环的结构

  • 水泵
  • 蒸汽发生器
  • 汽轮机
  • 冷凝器

第三章

  1. 燃料可分为可裂变材料和可转换材料
  2. 核燃料选择原则
    • 中子截面大
    • 燃料密度大
    • 耐腐蚀
    • 耐高温
    • 耐辐照
    • 加工制造和后处理容易
  3. 包壳的作用
    • 防止燃料芯块受到冷却剂的化学腐蚀
    • 防止燃料芯块的机械冲刷
    • 减少裂变气体向外释放,保留裂变碎片
  4. 冷却剂选择原则
    • 中子吸收截面
    • 热物性
    • 相容性(主要是与结构材料的相容性)
    • 稳定性(辐照稳定性,热稳定性)
    • 慢化能力
    • 经济成本
  5. 裂变时释放的三类能量
    • 第一类是在裂变的瞬间释放出来的,包括裂变碎片动能,裂变中子动能和瞬发$\gamma$射线
    • 第二类是指列表后发生的各种过程释放出的能量,主要是裂变产物的衰变产生的
    • 第三类是活性区内的燃料、结构材料和冷却剂吸收中子产生的$(n,\gamma)$反应而放出的能量
  6. 体积释热率:单位时间,单位体积内释放的能量
    • 平均裂变界面:$\sigma_f = \frac{\sqrt{\pi}}{2}\sqrt{\frac{293}{273+t}}\times\sigma_{f,0.0253}f(t)$。其中$f(t)$为非$frac{1}{v}$修正函数,$t$的单位是$^\circ C$。
    • $UO_2$中的$^{235}U$的核子密度$N_5$为:$N_5=\frac{\rho_u}{M_u}A_{00}C_5$
    • $C_5$是该同位素的风度,与富集度的关系为:$C_5=\frac{\frac{e_5}{M_5}}{\frac{e_5}{M_5}A_{00}+\frac{1-e_5}{M_g}A_{00}}=\frac{1}{1+0.9874(\frac{1}{e_5}-1)}$
    • 燃料芯块的体积释热率$q_v$为$q_v=F_uE_fR=F_uE_fN_5\sigma_f$

      第四章

      定常热导率法——热导率为一定值
      计算平板型燃料元件和圆柱形燃料元件的温度分布
      平板型燃料元件
      $$\frac{d}{dx}\frac{dT}{dx}+\frac{q_v}{k_u}=0$$
      积分一次,可得$k_u\frac{dT}{dx}+q_vx=C_1$,引入边界性对称条件:$\frac{dT}{dx}|_{x=0}=0$
      圆柱形燃料元件
      $$\frac{d^2T}{dr^2}+\frac{1}{r}\frac{dT}{dr}+\frac{q_v}{k_u}=0$$
      积分一次,可得$r\frac{dT}{dr}+\frac{q_v}{2k_u}r^2+C_1=0$,引入边界性对称条件:$\frac{dT}{dx}|_{x=0}=0$
      单位长度燃料棒的发热功率成为线释热率,即$q_l=\pi R_u^2q_v$
      单位长度的燃料棒能量守恒,有$2\pi R_uq=\pi R_u^2q_v$,可得$q=\frac{R_uq_v}{2}$

第五章

  1. 流体连续性假设:如果所关心的最小控制体内包含足够多的分子数量,那么流体是连续的。
  2. 运输方程包括质量方程动量方程能量方程
  3. 质量控制体系统的边界是质量的边界,并且不允许又流体穿过这条边界,该系统为封闭系统。体积控制系统只划定了控制体的空间范围,允许流体穿过系统的边界,该系统为开放系统。
  4. 拉格朗日坐标系,空间坐标与时间相关;欧拉坐标系是与时间无关的静止坐标系。
  5. 稳态压降:$P_{in}-P_{out}=\Delta P_{acc}+\Delta P_{grav}+\Delta P_{fric}+\Delta P_{form}$
    加速压降:$\Delta P_{acc}=\frac{q_m^2}{2\rho}(\frac{1}{A_N^2}-\frac{1}{A_1^2})$
    提升压降:$\Delta P_{grav}=\int_{z_1}^{z_2}\rho(z)gdz$
    摩擦压降:$\Delta P_{fric}=\int_0^l(-\frac{dp}{dz})dz=\frac{fL}{D}\frac{pv_m^2}{2}$
    局部压降:$\Delta P_{form}=K(\frac{\rho v_m^2}{2})$
  6. 伯努利方程的应用
  7. 雷诺数$Re=\frac{\rho VD_e}{\mu}$,$V$其中是特征速度,$D_e$为特征尺寸
    水力直径(当量直径)$D_e=\frac{A_f}{P}$。$A_f$其中是流道面积,$P$是湿周。
  8. $Re$小于2100是层流,$Re$大于10000是稳定的湍流,之间是层流到湍流的过度流工况。
  9. 层流摩擦系数$f=\frac{C}{Re}=\frac{64}{Re}$
    湍流摩擦系数:McAdams公式$f=0.184Re^{-0.2}$

第六章

  1. 滑速比、流动质量含汽率、空泡份额之间的关系$${\alpha}=\frac{1}{1+\frac{1-\chi}{\chi}\frac{\rho_v}{\rho_l}S}$$
  2. 对于垂直通道,通常把流型按照通道内气泡的分布与流动情况,分为泡状流弹状流搅状流环状流

    泡状流气泡比较小,分布在连续的液相之中。弹状流的汽弹周围的液膜通常由于重力作用向下流动,而小的汽泡会不断向汽弹内合并。搅状流是不规则的柱形汽泡和块状液团在通道内交替出现的流动,是弹状流向环状流的过渡阶段。环状流的特征是在流道中间形成连续的汽相流动,在汽相流量比较大的情况下,还会有液滴从液膜中被吹入汽空间内,而液膜的流动则与汽相的流速密切相关。

  3. 、对于水平通道,通常把流型按照通道内气泡的分布与流动情况,分为泡状流塞状流层状流、波状流弹状流环状流

  4. 两相流的计算模型分为混合物流动模型(均匀流模型漂移流模型),两体流模型
    均匀流模型中滑速比等于1,漂移流模型中滑速比不等于1。漂移流模型假设两相间处于热力学平衡态,两流体模型则认为两相间可以处于热力学非平衡态。