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2 堆芯功率的分布及其影响因素
轻水作慢化剂的堆芯中，水隙的存在引起附加慢化作 用，使该处的中子通量上升，提高水隙周围元件的功 率，增大了功率分布的不均匀程度
影
响
燃料布置
功
率
分
控制棒
布
的
因 水隙及空泡
素
克服办法：采用棒束型控制棒组件
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
轻水作慢化剂的堆芯中，水隙的存在引起附加慢化作 用，使该处的中子通量上升，提高水隙周围元件的功 率，增大了功率分布的不均匀程度
整个堆芯的 热功率
计入位于堆 芯之外的反 射层、热屏 蔽等的释热 量
R f N f 正比 Nc 1.60211010 Fa Ef N f Vc
qv Fa E f N f
Nt Nc / Fa (qvVc )106 / Fa
106 E f N f Vc
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
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1 核裂变产生能量及其分布
裂变碎片的动能 约占总能量的 84%
裂变能的绝大部 分在燃料元件内 转换为热能，少 量在慢化剂内释 放，通常取 97.4% 在 燃 料 元 件内转换为热能
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1 核裂变产生能量及其分布
不同核素所释放出来的裂变能量是有差异的，一般认为取
Ef 200MeV
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
非均匀堆栅阵
用具有等效截面的圆来代替原来的正方形栅元 假设热中子仅在整个慢化剂内均匀产生
运用扩散理论，燃料元件内热中子通量分布的表达式：
AI0 (K0r)
若燃料棒表面处的热中子通量为 ，则在 s s，则：
sLeabharlann I0 (K0r) I0 (K0 R0 )
堆内热源及其分布还与时间有关，新装料、平衡运行和停堆后都不相同
输出燃料元件内产生的热量的热工水力问题就成为反应堆设计的关键
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
裂变率
释热率
热功率
热功率
单位时间， 单位体积燃 料内，发生 的裂变次数
堆内热源的分
布函数和中子
通量单的位分体布积函的 数释相热同率
布
的
因 水隙及空泡
素
控制棒对轴向功率分布的影响
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
影
响
燃料布置
功
率
分
分
控制棒
布
类
的
因 水隙及空泡
素
停堆棒通常在堆芯的外面，只有
停堆棒 在需要停堆的时候才迅速插入堆 芯
调节棒
调节棒是用于反应堆正常运行时 功率的调节
补偿棒
补偿棒是用于抵消寿期初大量的 剩余反应性的
处， r R0
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
燃料元件的自屏因子F为：
F s e
影
响
燃料布置
功
克服办法：采用棒束型控制棒组件
率
分 布
控制棒
空泡的存在将导致堆芯反应性下降
的
因 水隙及空泡 素
沸水堆控制棒由堆底部向上插入堆芯的原因
能减轻某些事故的严重性的原因
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
燃料元件数很多的非均匀圆柱形堆芯的通量分布总趋势与均匀堆的 是一样的
非均匀堆中的燃料元件自屏效应，使得元件内的中子通量和它周围 慢化剂内的中子通量分布会有较大差异
堆芯功率的分布
简化一：
富集度相同 的燃料均匀 分布在整个 活性区内
均匀裸堆
进行理论分析时极其有用
简化二：
活性区外面 没有反射层
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
目前绝大部分的堆都采用圆柱形堆芯，圆柱形堆芯的均匀裸堆，热中子 通量分布在高度方向上为余弦分布，半径方向上为零阶贝塞尔函数分布：
括
力
分
析
稳态 稳态分析主要用于反应堆热工设 分析 计，结果是瞬态分析的初始条件
瞬态 瞬态分析主要用于反应堆瞬态过 分析 程和事故分析以及安全审查
分析方法：反应堆热工水力计算分析与实验的密切配合
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研究对象： 压水堆
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第二章 堆的热源及其分布
1 核裂变产生的能量及其分布 2 堆芯功率的分布及其影响因素 3 控制棒、慢化剂和结构材料中热量的产生和分布 4 停堆后的功率分布
(r,
z)
0
J0
(2.405
r Re
)
cos
z
LRe
外推半径：Re R R R 0.71tr 外推高度： LRe LR 2LR LR 1.42tr
堆芯的释热率分布
qv
(r,
z)
qv,max
J0
(2.405
r Re
)
cos
z
LRe
堆芯最大体积释热率
qv,max Fa E f N f 0
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
均匀裸堆中的中子通量分布
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
均匀装载燃料方案：
早期的压水堆采用此方案
优点：装卸料方便
缺点：功率分布过于不平均，平均燃耗低
影
响
燃料布置
功
分区装载燃料方案：
率
分
控制棒
布
目前的核电厂普遍采用的方案
的
布置特点：沿堆芯径向分区装载不同富集
因 水隙及空泡 素
度的燃料，高富集度的装在最外区，低富 集度的在中心。
优点：堆芯功率分布得到展平，提高平均
燃耗
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
三区分批装料时的归一化功率分布图：
影
响
燃料布置
功
率
分
控制棒
布
的
因 水隙及空泡
素
通常I区的燃料富集度是最低的，III区的燃料富集度最高
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
控制棒一般均匀布置在高中子通量的区域，既提高 控制棒的效率，又有利于径向中子通量的展平
影
响
燃料布置
功
率
分
控制棒
布
的
因 水隙及空泡
素
控制棒对径向功率分布的影响
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2 堆芯功率的分布及其影响因素
控制棒对反应堆的轴向功率分布也有很大的影响
影
响
燃料布置
功
率
分
控制棒
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核反应堆热工分析
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1 第一章：核反应堆热工分析的任务
安全：
稳定运行，能 适应瞬态稳态 变化，且保证 在一般事故工 况下堆芯不会 破坏，最严重 事故工况下也 要保证堆芯放 射性不泄漏
要求
经济：
降低造价， 减少燃料装 载量，提高 冷却剂温度 以及电厂热 力循环效率
可靠性： 其他特殊要求T：ext
比如一体化堆芯对结构紧凑的要求等
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1
冷却剂的流动和传热特性
B
分析燃料元件 内的温度分布
A
内容
预测在各种运
C 行工况下反应
堆的热力参数
E
事故工况下压力、温 度、流量等热力参数 随时间的变化过程
D
各种瞬态工况下压力、 温度、流量等热力参数 随时间的变化过程
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反
应
堆
热包
工 水