热工水力课程设计Word格式文档下载.docx
- 文档编号:1231390
- 上传时间:2023-04-30
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:22.17KB
热工水力课程设计Word格式文档下载.docx
《热工水力课程设计Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热工水力课程设计Word格式文档下载.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
烧毁比DNBR,最小烧毁比MDNBR,燃料元件中心温度及其最高温度,包壳表面温度及其最高温度等;
4、求出体现反应堆先进性的主要参数:
堆芯流量功率比,堆芯功率密度,燃料元件平均热流密度(热通量),最大热流密度,冷却剂平均流速,冷却剂出口温度等;
5、通过本课程设计,掌握压水堆热工校核的具体工具;
6、掌握压降的计算;
7、掌握单相及沸腾时的传热计算。
3、设计任务某压水反应堆的冷却剂和慢化剂都是水,用二氧化铀作燃料,Zr-4作燃料包壳材料。
燃料组件无盒壁,燃料元件为棒状,正方形排列,已知以下参数:
系统压力P
15、8MPa堆芯输出个功率Nt1820MW冷却剂总流量W32100t/h反应堆进口温度fin287℃堆芯高度L3、66m燃料组件数m121燃料组件形式n0xn017x17每个组件燃料棒数n265燃料包壳外径dcs9、5mm燃料包壳内径dci8、60mm燃料包壳厚度δc0、57mm燃料芯块直径du8、19mm燃料棒间距(栅距)s
12、6mm两个组件间的水隙δ0、8mmUO2芯块密度95%理论密度旁流系数5%燃料元件发热占总发热的份额Fa
97、4%径向热管因子1、35轴向热管因子1、528局部峰核热管因子1、11热流量核热点因子2、29流量工程热点因子1、03焓升工程热管因子(未计入交混因子)1、085交混因子0、95焓升核热管因子1、35堆芯入口局部阻力系数Kin0、75堆芯出口局部阻力系数Kout1、0堆芯定位隔架局部阻力系数Kgr1、05将堆芯自下而上分为3个控制体,其轴向归一化功率分布见下表:
表一堆芯归一化功率分布(轴向等分3个控制体)自下而上控制体123归一化功率分布0、801、500、70通过计算,得出:
1、堆芯流体出口温度;
2、燃料棒表面平均热量密度以及最大热量密度,平均线功率,最大线功率;
3、管内的流体温度(或焓)、包壳表面温度、芯块中心温度随轴向的分布;
4、包壳表面最高温度,芯块中心最高温度;
5、DNBR在轴向上的变化;
6、计算芯块压降。
四、热工设计的作用热工设计在整个反应堆设计过程中,起主导作用和桥梁作用
5、热工设计的方法单通道模型:
是热工水力设计中所采用的一种比较简单的模型。
用单通道模型编制的计算机程序在设计时通常采用二根通道:
一根为名义通道,它的所有参数均为名义值,另一根为热通道,将所有不利因子均加在热通道上,它是堆芯的极限通道。
通道之间不考虑质量、能量和动量交换,最多只能考虑热通道中因阻力增大而使其流量再分配和因交混效应而使热通道中冷却剂焓值下降两种机理。
6、计算过程、计算结果及分析
(一)计算过程
1、堆芯流体出口温度(平均管)℃按流体平均温度以及压力由表中查得。
2、燃料表面平均热流密度W/m2式中为堆芯燃料棒的总传热面积m2燃料棒表面最大热流密度qmaxw/m2燃料棒平均线功率W/m燃料棒最大线功率w/m
3、平均管的情况平均管的流速Vm/s式中,堆芯内总流通面积n0为燃料组件内正方形排列时的每一排(列)的燃料元件数由压力以及流体的平均温度查表得到:
4、为简化计算起见,假定热管内的流体流速Vh和平均管的V相同。
(实际上,应该按照压降相等来求。
热管内的流体流速要小一些)。
则Vh=V同样,热管四根燃料元件组成的单元通道内的流量
5、热管中的计算(按一个单元通道计算)
(1)热管中的流体温度
(2)
第一个控制体出口处的包壳外壁温度式中:
h(z)可以用来求。
所以,式中:
流体的k(z)、μ(z)和Pr数根据流体的压力好温度由表查得。
(k=λ传热系数)如果流体已经达到过冷沸腾,用Jens-Lottes公式:
当时,用前面的式子当时,用(3)
第一个控制体出口处的包壳内壁温度式中:
Zr-4的W/m、℃(4)
第一个控制体出口处的UO2芯块外表面温度(5)
第一个控制体出口处的UO2芯块中心温度用积分热导求解的方法,即其他2个控制体的计算方法相同,重复上述过程即可。
6、热管中的用w-3公式计算,同样对3个控制体都算
7、DNBR的计算
8、计算热管中的压降
9、单相流体的摩擦压降式中:
单相流体加速压降:
单相流体提升压降:
局部压降,出口:
进口:
定位格架出口压降:
其中,比容v按相应的流体压力和温度,由表查得。
(2)计算结果1、流体堆芯出口温度=3
22、8410℃;
2、堆芯内燃料棒的总传热面积=3、m2;
3、燃料棒表面平均热流密度=5、0611e+005w/;
4、燃料棒表面最大热流密度=1、0753e+006w/;
5、燃料棒平均线功率=1、5105e+004w/m;
6、燃料棒最大线功率=3、2093e+004w/m;
7、热管平均温度=304、920
57、堆芯内总流通面积=2、m2;
8、平均管流速V=4、2984m/s;
9、单元通道内流量=0、Kg/s;
10、单元通道面积=0、m2
11、第一控制体出口流体温度(L1)=2
94、2464℃;
12、第一控制体出口处的包壳外壁温(L1)=3
13、0159℃;
13、第一控制体出口处的包壳内壁温(L1)=3
18、5447℃;
14、第一控制体出口处的芯块外表面温度(L1)=4
30、7499℃;
15、第一控制体出口处的芯块中心温度(L1)=7
58、1536℃;
16、热管中的(L1)=5、6045e+006w/;
17、DNBR(L1)=9、9547
18、第二控制体出口流体温度(L2)=307、2239℃;
19、第二控制体出口处的包壳外壁温(L2)=3
41、5471℃;
20、第二控制体出口处的包壳内壁温(L2)=3
51、6197℃;
21、第二控制体出口处的芯块外表面温度(L2)=5
61、9783℃;
22、第二控制体出口处的芯块中心温度(L2)=13
67、7℃;
23、热管中的(L2)=5、1188e+006w/;
24、DNBR(L2)=4、8491
25、第三控制体出口流体温度(L3)=3
13、0365℃;
26、第三控制体出口处的包壳外壁温(L3)=3
28、5267℃;
27、第三控制体出口处的包壳内壁温(L3)=3
33、2888℃;
28、第三控制体出口处的芯块外表面温度(L3)=4
31、4684℃;
29、第三控制体出口处的芯块中心温度(L3)=5
95、5546℃;
30、热管中的(L3)=4、3427e+006w/;
31、DNBR(L3)=8、8156
32、单相流体的摩擦压降=2、1877e+004Pa
33、单相流体加速压降=0Pa
34、单相流体提升压降=2、5718e+004Pa
35、堆芯出口局部压降=6、9616e+003Pa
36、堆芯进口局部压降=4、3900e+003Pa
37、定位格架出口压降=6、7279e+003Pa
38、总的压降=6、5674e+004Pa
(三)计算结果分析计算结果误差分析:
由于采用的是W-3公式,且该设计中的给出参数与该公式的适用范围有些偏差,且在计算物性时粗糙地采用了线性插值的方法,更是带来了较大误差。
但是其算出的结果还是能客观反映出热管中各量的变化趋势的。
表2临界热流与烧毁比的汇总表项目临界热流10^6w/m^2DNBR1L5、604
59、95472L5、118
84、84913L4、342
78、8156表2各温度的汇总表项目控制体出口温度包壳外表面温度包壳内表面温度芯块表面温度芯块中心温度1L2
94、24643
13、01593
18、54474
30、74997
58、15362L307、22393
41、54713
51、61975
61、978313
67、73L3
13、03653
28、52673
33、28884
31、46845
95、5546热管的焓、包壳表面温度、芯块中心温度隋轴向的分布如下计算得到包壳外表面壳最高温度3
46、℃x=1、83m包壳内表面最高温度349℃x==1、83m燃料中心最高温度14
91、1℃x=1、83m最小DNBR=3、1568x=2、46m堆芯轴向功率余弦分布七、程序开始
1、程序设计框图读输入参数计算有关堆参数估算控制体出口温度tf计算控制体出口温度θ|<
0、001重估tf否计算该处含汽量是计算包壳外表面温度根据W-3算临界热流包壳内表面温度芯块表面温度计算烧毁比芯块中心温度打印输出值停机
2、代码说明书本代码主要由三个小部分组成。
堆芯出口温度计算、堆热流量计算、堆平均参数计算、第一至第三控制体各量计算、热管的压降计算。
(1)堆芯出口温度计算:
此段根据任务书给出的基本参数和热量与流量之间关系,运用迭代的算法,求出堆芯的出口温度。
(2)堆热流量计算:
先根据堆芯的输出功率和释热率以及总的传热面积,求出燃料元件表面平均热流量,再根据热管因子求出最大热流量。
再求出平均线功率和最大线功率。
(3)堆平均参数计算:
根据基本的尺寸,求出堆体的流通截面积和一个栅元的流通截面积。
然后再求出流经栅元的流量。
依据上面的温度结果,查出热物性参数,再求出冷却剂的流速。
(4)第一至第三控制体的各量计算:
因为三个控制体的计算过程类似,这里只说明第一个控制体的计算过程。
在现有的参数下,根据热流量与流量的关系和迭代算法,求出该控制体的出口温度。
通过流通截面积与湿周的关系求出栅元的当量直径。
再根据上面的温度,查出对应的热物性参数由雷诺数与努尔数的关系,解出控制体出口处的对流换热系数。
因为不知该处的流体状态,分别用单相强迫对流放热公式和詹斯-洛特斯传热方程算出各自的膜温压,取较小的值加上出口处的流体温度即是包壳的外表面温度。
由包壳的外表面的温度再根据圆管的传热方程运用迭代算法解出包壳内表面的温度。
芯块与包壳内表面之间的导热问题,根据间隙导热模型,即可解出芯块表面的温度,根据内热源的导热模型,依据积分热导率与温度的对应关系和插值方法,解出芯块中心的温度。
接下来依据冷却剂的温度,得出的控制体出口处的含汽量。
进而依据W-3公式求出该出的临界热流量,最后得出该出的烧毁比DNBR。
(5)热管的压降计算:
热管的压降包括摩擦压降、提升压降、进出口局部压降、定位搁架出口压降。
摩擦压降可由计算单相流的达西(Darcy)公式算得。
提升压降可由根据位置的变化算得,其中参数都取平均值。
其余的压降根据形阻压降的基本公式再乘以相应的系数求得。
最后各项相加得出热管的总压降。
八、课程设计小结在做这个课程设计的过程中需要不断的查阅《核反应堆热工分析》这本书,在查阅资料的过程中不断地温习起热工分析的内容并加深对热工分析的理解,在公式的查找和应用中核电站的安全和经济运行有了更直观的认识。
本次课程设计要求掌握MATLAB的使用方法,数据对,在计算的过程中容易出现错误,程序代码的编写优为主要,很多数据都需要查表,综合性很强。
九、参考资料《核反应堆热工分析》,于平安著,上海交通大学出版社、程序代码%流体堆芯出口温度计算tfin=287;
Fa=0、974;
Nt=1820e+6;
Wt=90
55、56;
b=0、05;
tfout=322;
e0=0、01;
whilee0>
0、001t0_=0、5*(tfout+tfin);
Cp_=1000*(0、0265*(t0_-300)+5、63);
xi=tfin+Fa*Nt/(Wt*(1-b)*Cp_);
e0=(tfout-xi)/tfout;
tfout=xi%堆芯出口处温度end%热流密度计算m=121;
n=265;
dcs=9、5e-3;
L=3、66;
q_=Fa*Nt/(m*n*pi*dcs*L)
%燃料元件表面平均热流量FRN=1、35;
FZN=1、528;
FqN=FRN*FZN;
FqE=1、03;
FDHE=1、085;
FDHmE=0、95;
qmax=q_*FqN*FqE%最大热流量ql_=q_*pi*dcs%平均线功率qlmax=ql_*FqN*FqE%最大线功率%平均管情况B=17;
S=
12、6e-3;
dx=0、8e-3;
Af=m*n*(S^2-pi/4*dcs^2)+m*4*B*S*dx;
%总的流通截面积tf_=0、5*(tfout+tfin)
%热管平均温度vf_=4、2e-6*(tf_-300)+0、;
pf_=1/vf_;
%平均密度v=Wt*(1-b)/(Af*pf_);
%平均流速Ab=S^2-pi/4*dcs^2;
%单元流通截面积Wu=Wt*(1-b)*Ab/Af;
%单元截面流量%第一控制体温度计算e11=0、01;
tf1=300;
L1=3、66/6;
fai1=0、80;
whilee11>
0、001t11_=0、5*(tf1+tfin);
Cp1_=1000*(0、0269*(t11_-280)+5、068);
x1i=tfin+q_*FRN*FDHE*FDHmE*pi*dcs*L1*fai1/(Wu*Cp1_);
e11=(x1i-tf1)/tf1;
tf1=x1i%求出该控制体出口处的温度endDe=4*(S^2-pi/4*dcs^2)/(pi*dcs);
%单元通道当量直径u1=944e-7;
Pr1=0、85;
k1=5
75、5e-3;
%查得该温度下的热物性Re1=Wu*De/(Ab*u1);
h1=0、023*Re1^0、8*Pr1^0、4*k1/De;
%该处的对流换热系数dtf11=q_*FRN*fai1*FqE/h1;
%单相强迫对流放热公式算得的温压ts=3
46、;
P=
15、8;
dtf12=25*(q_*FRN*fai1*FqE/10^6)^0、25*exp(-P/6、2)+ts-tf1;
%采用詹斯-洛特斯传热方程算得的过冷沸腾膜温压ifdtf11<
dtf12%膜温压取两个中较小值,算得包壳外表面温度tcs1=tf1+dtf11elsetcs1=tf1+dtf12enddci=8、60e-3;
tci1=349;
e12=0、01;
whilee12>
0、001t12_=0、5*(tci1+tcs1);
kc1=0、0547*(1、8*t12_+32)+
13、8;
yi=tcs1+ql_*FRN*fai1*FqE/(2*pi*kc1)*log(dcs/dci);
e12=(yi-tci1)/yi;
tci1=yi%采用迭代算法求得包壳内表面温度endhg=5678;
du=8、19e-3;
tu1=tci1+ql_*FRN*FqE*fai1*2/(pi*(dci+du)*hg)
%燃料芯块表面温度d1_ku=ql_*FRN*FqE*fai1/(4*pi*100);
tu1_ku=(
26、42-
21、32)/(400-300)*(tu1-300)+
21、32;
to1_ku=tu1_ku+d1_ku;
to1=(600-500)/(
34、97-
30、93)*(to1_ku-
30、93)+500%根据积分热导率图表查得芯块中心温度p=
15、8e+6;
hfin=12
73、59e+3;
hfs=16
50、54e+3;
hgs=25
84、84e+3;
G=pf_*v*3600;
h1=12
96、4746e+3;
x1=(h1-hfs)/(hgs-hfs);
%该点含汽量qDNB1=3、154e6*((2、022-6、238e-8*p)+、、、%根据W-3公式计算出临界热流量(0、1722-1、43e-8*p)*exp((
18、177-5、987e-7*p)*x1))*、、、((0、1484-1、596*x1+0、1729*x1*abs(x1))*0、2049*G/10^6+1、037)*、、、(1、157-0、869*x1)*、、、(0、2664+0、8357*exp(-124*De))*(0、8258+0、341e-6*(hfs-hfin))DNBR1=qDNB1/(q_*FRN*FqE*fai1)
%计算烧毁比%第二控制体温度计算fai2=1、50;
L2=3、66/6;
e21=0、01;
tf2=310;
whilee21>
0、001t21_=0、5*(tf1+tf2);
Cp2_=1000*(0、0265*(t21_-300)+5、63);
x2i=tf1+q_*FRN*FDHE*FDHmE*pi*dcs*L2*fai2/(Wu*Cp2_);
e21=(x2i-tf2)/tf2;
tf2=x2i%求出该控制体出口处的温度endDe=4*(S^2-pi/4*dcs^2)/(pi*dcs);
u2=919e-7;
Pr2=0、91;
k2=562e-3;
%查得该温度下的热物性Re2=Wu*De/(Ab*u2);
h2=0、023*Re2^0、8*Pr2^0、4*k2/De;
%该处的对流换热系数dtf21=q_*FRN*fai2*FqE/h2;
dtf22=25*(q_*FRN*fai2*FqE/10^6)^0、25*exp(-P/6、2)+ts-tf2;
%采用詹斯-洛特斯传热方程算得的过冷沸腾膜温压ifdtf21<
dtf22%膜温压取两个中较小值,算得包壳外表面温度tcs2=tf2+dtf21elsetcs2=tf2+dtf22enddci=8、60e-3;
tci2=349;
e22=0、01;
whilee22>
0、001t22_=0、5*(tci2+tcs2);
kc2=0、0547*(1、8*t22_+32)+
zi=tcs2+ql_*FRN*fai2*FqE/(2*pi*kc2)*log(dcs/dci);
e22=(zi-tci2)/zi;
tci2=zi%采用迭代算法求得包壳内表面温度endhg=5678;
tu2=tci2+ql_*FRN*FqE*fai2*2/(pi*(dci+du)*hg)
%燃料芯块表面温度d2_ku=ql_*FRN*FqE*fai2/(4*pi*100);
tu2_ku=(
30、93-
26、42)/(500-400)*(tu2-400)+
26、42;
to2_ku=tu2_ku+d2_ku;
to2=(1000-900)/(
48、06-
45、14)*(to2_ku-
45、14)+900%根据积分热导率图表查得芯块中心温度p=
h2=13
41、5988e+3;
x2=(h2-hfs)/(hgs-hfs);
%该点含汽量qDNB2=3、154e6*((2、022-6、238e-8*p)+、、、%根据W-3公式计算出临界热流量(0、1722-1、43e-8*p)*exp((
18、177-5、987e-7*p)*x2))*、、、((0、1484-1、596*x2+0、1729*x2*abs(x2))*0、2049*G/10^6+1、037)*、、、(1、157-0、869*x2)*、、、(0、2664+0、8357*exp(-124*De))*(0、8258+0、341e-6*(hfs-hfin))
DNBR2=qDNB2/(q_*FRN*FqE*fai2)
%计算烧毁比%第三控制体温度计算fai3=0、70;
L3=3、66/6;
e31=0、01;
tf3=315;
whilee31>
0、001t31_=0、5*(tf3+tf2);
Cp3_=1000*(0、0265*(t31_-300)+5、63);
x3i=tf2+q_*FRN*FDHE*FDHmE*pi*dcs*L3*fai3/(Wu*Cp3_);
e31=(x3i-tf3)/tf3;
tf3=x3i%求出该控制体出口处的温度endDe=4*(S^2-pi/4*dcs^2)/(pi*dcs);
u3=869e-7;
Pr3=1、01;
k3=533e-3;
%查得该温度下的热物性Re3=Wu*De/(Ab*u3);
h3=0、023*Re3^0、8*Pr3^0、4*k3/De;
%该处的对流换热系数dtf31=q_*FRN*fai3*FqE/h3;
47、328;
dtf32=25*(q_*FRN*fai3*FqE/10^6)^0、25*ex
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水力 课程设计