压水反应堆稳态热工设计目录一．课程设计的目的二．课程设计的任务三．热工设计的方法四．原始数据的选择、计算过程、计算结果及分析1、堆芯基本参数2、平均管冷却剂的焓场3、平均管的压降计算4、计算热管的有效驱动压降5、计算热管的冷却剂焓场6、最小DNBR7、热通道内燃料元件温度场五．设计分析六．参考书目一.课程设计的目的通过课程设计，初步掌握压水堆堆芯稳态热工设计的原理、方法，并能综合运用已学的知识对结果加以分析二．课程设计的任务1、求得体现反应堆安全的那些参数：最小烧毁比、燃料元件中心最高温度、包壳表面最高温度、冷却剂在额定工况下的的沸腾程度2、求得体现反应堆先进性的那些参数：堆芯比功率、堆芯功率密度、燃料元件平均热流密度、最大热流密度、冷却剂平均流速、冷却剂的出口温度等3、求得为其它设计部门所需要的参数：燃料芯块的平均温度、包壳的平均温度、冷却剂的平均温度和平均密度等参数，反应堆进出口间的压降、堆芯某些局部位置的压降、温度场等。

三．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。

平均管是一个具有设计的名义尺寸、平均的冷却剂流量和平均释热率的假想通道，平均管反映整个堆芯的平均特性。

因为在已经确定堆的额定功率、传热面积以及冷却剂流量等条件以后，确定堆芯内热工参数的平均值是比较容易的。

但是堆芯功率的输出并非取决于热工参数的平均值，而是取决于堆芯内最恶劣的局部热工参数值，要得到局部的热工参数却不是一件容易的事。

为了衡量各有关的热工参数的最大值偏离平均值的程度，引进了热管、热点和平均管的概念。

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。

四．原始数据的选择、计算过程、计算结果及分析1、堆芯基本参数根据压水反应堆提供稳态热工设计提供的数据，我们选取布热堆#2为参考。

堆芯热功率t N 2775MW参照布热堆#2所用元件最大热流密度2max q (KW/m )和核热管因子q F N 、工程热管因子q F E，可定出元件平均热流密度2(KW/m )q ：max 2q /(F .F )1500/(2.32 1.03)627.7KW/mN E q q q ===根据选定的堆芯高度L=3.8m ，元件外径d 0.95cs cm =，燃料发热份额u F =0.97，可求得堆芯内元件总数：t N=N ./(d Lq)37987u cs F =π组件中控制棒导向管及仪表管的数目分别为24和1，每个组件内的元件棒根数为264，并由它确定组件数目的计算值：u N/n =143.8，考虑堆芯内组件布置的对称性，选定堆芯内组件数目的设计值144cl n =由选定组件的边长cl T 21.402cm =及n cl ，可求得堆芯的相当直径（m ）： 2ef D .T /(/4) 2.9125m cl cl n ==π2、平均管冷却剂的焓场给定的堆总流量3t W 4767510(kg/hr)=⨯，由附录可查得堆芯的有效流量（3s -4553010/t kg hr=⨯（1ζ）.W ），平均质量流速：m G (1)W /(3600n A )3572.27s t cl cl =-=ζkg/s其中2cl A 245.86cm =为组件内冷却剂的有效流通截面积平均管平均热流密度的设计值为：2q=N./(n .n .d .L)627.2KW/m t u cl u cs F =π()sin2z z L ππφ=cs,,,0()().zf m f m in m b q d H z H z dzG A πϕ=+⎰22222b A =1.26-3.140.95/4=0.88cm 4cs P d π=-⨯cs ,,,0()().zf m f m in m bq d H z H z dzG A πϕ=+⎰20627218 3.14.0095=1263.98k J -s i n 3572.3/0.880.000123.81263.98113.08c o s /3.8z W m zdz kg s m KJ kJkg ⨯⨯⨯⨯=-⎰ππ　π计算出口焓值f,H 1490.14/kJ kg=m,out ，反查温度为325.98℃冷却剂平均焓值为1377.06kJ/kg,反查温度为307.19℃根据307.2℃，15.5MPa 查得密度3726.27/kg m ρ=；-5=8.3310.a p s ⨯μ　3.平均管的压降计算提升压降由平均管冷却剂的焓值和系统的压力查得平均密度3726.27/kg m ρ=；平均动力粘度-5=8.3310.a p s ⨯μ　21el,m 726.279.8 3.827046.3z z z p gd gL paρρ∆===⨯⨯=⎰加速压降平均通道冷却剂入口温度285.6℃，15.5MPa,查得1ρ=755.24kg/m3-59.1210p .a s =⨯μ平均通道冷却剂出口温度325.98℃，15.5MPa,查得2ρ=663.69kg/m3-57.7210p .a s =⨯μ2122A,21211111()()3572.27()2330.76663.69755.24v m v m m v p vd G v v G pa ρρρ∆==-=-=⨯-=⎰摩擦压降栅距1.26cm ，燃料棒直径0.95cm, 堆芯中部221.260.250.954(0.83m,4 1.260.950.95e D c -⨯=⨯=⨯-+π（）π但是考虑边缘栅格，当量直径会变大，估算得10.5mm,但是不会大于12.6mm,保守估计取一个较大的当量直径11.9mm 。

50.01193572.28Re 4.66109.1210^(-5)e e min D v D G ρμμ⨯====⨯⨯50.01193572.27Re 5.1108.3310^(-5)e e mavg D v D G ρμμ⨯====⨯⨯50.01193572.27Re 5.5107.7210^(-5)e e min D v D G ρμμ⨯====⨯⨯当Re > 2320是湍流区。

故判定冷却剂在通道中处于湍流区0.2550.250.31640.31640.0118Re (5.110)f ===⨯2223.81 3.83572.2710.01180.01183126420.012620.01262726.27m F e G L v p f paD ρρ∆==⨯⨯=⨯⨯=出入口压降公式平均管的入口总压降：2in 1P 3.15/(2)26600Pam G ∆==ρ 平均管的出口压降：2ex 2P 3.46/(2)66500Pam G ∆==ρ定位架的压降：布热堆组件有7个定位架，其计算公式：2gd P ./2gd b K ∆=ρV格架阻力系数0.150.1K 3/3/(5.110)0.81gd e R ==⨯=格架的压降22gd gd P ./2=K ./27116Pagd b m K G ∆==ρV ρ平均管总压降：m ,el,gd P +P +7P 203914Pain ex F A m m P P P P ∆=∆+∆+∆+∆∆∆=4.计算热管的有效驱动压头：热管驱动压头小于平均管的两端的驱动压头，其计算公式如下：h ,,,,g d eP (+7P )+P e f hF a h i n e xA m mKP K P P P ∆=∆+∆+∆+∆∆∆,K f h 为热管摩擦压降的下腔室修正因子,K a h 为热管各形阻压降及加速压降的下腔室修正因子由经验公式 1.8f ,K (1)=0.912h σ=- 2,K (1)=0.903a h σ=-σ为下腔室流量系数，一般取0.05因此可以计得h,,,,gd el,P (+7P )+P =186712.6Pae f h F a h in ex A m m K P K P P P ∆=∆+∆+∆+∆∆∆5.计算热管的冷却剂焓场m minG =0.05mG G σ-=由此可以计算出热管的冷却剂流量：min G 3393.7/kg s=查得同类型的反应堆：R F 1.46N =q F 1.03E =热场冷却剂的焓场计算公式为：,,min b 030H (z)(z)dz62718 1.46 1.03 3.140.00950.001 =1263.98kJ/kg+sin 3393.70.88102 3.8 =1442.98/179.0cos/3.8zN E R H Lf h f in zqF F A H G A zdz zkJ kg kJ kgφπππ∆-=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⎰⎰ 出口的焓值为：,H 1601.98/f out kJ kg=6.计算最小DNBR有了热通道内的冷却剂质量流速及焓场 )(,f z H h ，就可计算热通道的临界热流密度)(c DNB,z q ，并根据实际热流密度 ()()N Eh H q q z F F q z ϕ∆=，根据公式,g R()()F ()DNB c c EN qq z DNBR z F qF F z ϕ=，计算热通道轴向燃料元件表面的临界热流密度比DNBR及最小临界热流密度比MDNBR ，从而确定是否满足反应堆热工设计准则的要求。

由于堆芯的加热长度大于3.668m,而其它的公式也不符合条件，以W-3公式和计算条件最为接近，故取W-3公式来计算。

()()()()()553DNB,c 4min 32.022 6.238100.1722 1.43103.15410exp 18.177 5.987100.2049 0.1484 1.5960.1729 3.6 1.037 1.157-0.86910 0.26640.8357exp 124e e e e e p p q p x G x x x x d ---⎧⎫-⨯+-⨯⎪⎪=⨯⎨⎬⎡⎤⨯-⨯⎪⎪⎣⎦⎩⎭⎡⎤⨯-+⨯⨯+⨯⎢⎥⎣⎦⨯+-()()-3,0.82580.34110H H e fs f in ⎡⎤⨯+⨯-⎡⎤⎣⎦⎣⎦计算点z 处的平衡含气量的计算公式为,1442.98/179.0cos /g 1629.88/z 3.8=2595k /=-0.0720-0.06897cos3.8f g fs e fgzkJ kg kJ k kJ kgH H H J kgzππ---=（）χ其中Hfs 为冷却剂的饱和焓，根据压力可以求得1629.88/fs H kJ kg=Hfg 为汽化潜热，等于2595kJ/kg 冷壁的修正因子：0.053560.140.10731(13.76 1.372exp(1.78) 5.15()0.0179610()12.6D )10c u e h G F R x p -=-----式中：4(1),Du hhDeRD=-=倍冷却剂流通面积加热周界长度，可求得De=1.18cm,Dh=1.18cm定位架修正因子2min610.614410()=1.0002085110gGF-=+⨯编程计算结果如附录，DNBR随Z变化的图像如下：最小值为4.05，大于2.15，因此符合设计要求。