反应堆热工水力学13

'7反应堆稳态热工设计7.1热工设计准则7.2热管因子7.3单通道设计方法7.4自然循环计算 热工设计准则SafetyLimits准则1：燃料芯块完整性准则已测得的未经辐照的UO2的熔点数据芯块中心温度限值2840±20℃思考12860±30℃中心温度不超过2785℃就安全了吗？2800±100℃2760±30℃燃耗的影响2860±45℃瞬态的影响2865±15℃实际取值2200~2450℃2800±15℃思考2建议取2800±15℃为什么会是一个范围？14:28:00SafetyLimits2 热工设计准则SafetyLimits准则1：燃料芯块完整性准则准则2：包壳的完整性准则包壳温度限值氢脆现象辐照损伤锆水反应在温度到980℃应力腐蚀以上变得非常可观，释放出氢气和热量芯块与包壳相互作用Zr+2HOZrO+4H+Q锆水反应222稳态400℃，大破口事故下小于1204℃14:28:00SafetyLimits3 热工设计准则SafetyLimits准则1：燃料芯块完整性准则准则2：包壳的完整性准则准则3：燃料表面热流密度准则回顾一下不允许发生沸腾临界q限制最小DNBRDNBR=DNB若采用W-3公式计算qz()稳态取MDNBR>1.8~2.2预计的常见事故工况，要求MDNBR>1.314:28:00SafetyLimits4 热工设计准则SafetyLimits准则1：燃料芯块完整性准则准则2：包壳的完整性准则准则3：燃料表面热流密度准则准则4：流动稳定性准则Apout什么是流动不稳定性？1"C∆pCql(z)稳态限制出口欠热度gL321瞬态限制出口含汽率pin∆pBBqmhinD1"0qm14:28:00SafetyLimits5 芯块中心最高温度14:28:00热点6 芯块中心最高温度均匀堆热中子注量率与体积释热率Le2L2ϕ(r)qV(r)ϕ(z)z=0-L2r=0R-Le2Re14:28:00热点7 芯块中心最高温度均匀堆热中子注量率与体积释热率Le2L2ϕ(r)分析方法：qV(r)平均通道参数乘热管因子ϕ(z)z=0-L2r=0R-Le2Re14:28:00热点8 热管因子核热管因子径向热流密度核热管因子qhF=N,rqm怎么计算？rzπqrzVV(,)=qmaxJ02.405cosRLee14:28:00热管因子9 热管因子核热管因子径向热流密度核热管因子Lq=qzzL()dhh∫0Lq=qzzL()dmm∫0rzπqrzVV(,)=qmaxJ02.405cosRLee14:28:00热管因子10 热管因子核热管因子轴向热流密度核热管因子qh,maxF=N,zqhrzπqrzVV(,)=qmaxJ02.405cosRLee14:28:00热管因子11 热管因子圆柱形均匀装载堆芯ϕ2.405πRL02.405π=FFN,rz⋅=N,=3.64ϕ2J1(2.4052)2.405πRL2RJe12LesinRL2eerzπqrzVV(,)=qmaxJ02.405cosRLee14:28:00热管因子12 热管因子圆柱形均匀装载堆芯ϕ2.405πRL02.405π=FFN,rz⋅=N,=3.64ϕ2J1(2.4052)2.405πRL2RJe12LesinRL2ee2.405πFF⋅==3.64N,rzN,2J1(2.4052)rzπqrzVV(,)=qmaxJ02.405cosRLee14:28:00热管因子13 各种堆芯的热流密度核热管因子堆芯的几何形状核热管因子球形3.29直角长方形3.87圆柱形3.64圆柱形（裸堆，径向通量展平）1.57游泳池式反应堆（水做反射层）2.6思考：如何降低核热管因子？14:28:00热管因子14 热管因子核热管因子热流密度核热管因子比焓升核热管因子LL∫∫qFlNr,ϕϕ(zzF)ddN,r(zz)00FF===N,∆hrN,qLLl比焓升核热管因子就等于热流密度径向核热管因子14:28:00热管因子15 热管因子核热管因子工程热管因子分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差14:28:00工程热管因子16 热管因子核热管因子工程热管因子分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差热流密度工程热管因子π2du,aeρd4aacs,nF=E,qπ2edρdnncs,au,n414:28:00工程热管因子17 热管因子π2du,aeρ4aa核热管因子FE,∆h,1=π2eρdnn工程热管因子u,n4分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差热流密度工程热管因子焓升工程焓升工程热管因子热管因子燃料芯块燃料元件和冷却堆芯下腔室流量热管内冷却剂相邻通道间加工误差剂通道尺寸误差分配不均匀流量再分配冷却剂交混14:28:00工程热管因子18 热管因子L∆hh,max,2∫0qzzqlm,h()d,h,min,2F==E,∆h,2L核热管因子∆hqzzqn,max∫lm,h()d,m0工程热管因子分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差热流密度工程热管因子焓升工程焓升工程热管因子热管因子燃料芯块燃料元件和冷却堆芯下腔室流量热管内冷却剂相邻通道间加工误差剂通道尺寸误差分配不均匀流量再分配冷却剂交混14:28:00工程热管因子19 热管因子L∫0qzzqlm,h()d,h,min,3qm,mF==核热管因子E,∆h,3Lqzzqq∫lm,h()d,mm,h,min,3工程热管因子0分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差热流密度工程热管因子焓升工程焓升工程热管因子热管因子燃料芯块燃料元件和冷却堆芯下腔室流量热管内冷却剂相邻通道间加工误差剂通道尺寸误差分配不均匀流量再分配冷却剂交混14:28:00工程热管因子20 热管因子L∆hqh,max,4∫0qzzqlm,h()d,h,min,4m,h,min,3F===E,∆h,4L∆hqqzzq核热管因子n,max,3∫lm,h()d,h,min,3m,h,min,40工程热管因子分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差热流密度工程热管因子焓升工程焓升工程热管因子热管因子燃料芯块燃料元件和冷却堆芯下腔室流量热管内冷却剂相邻通道间加工误差剂通道尺寸误差分配不均匀流量再分配冷却剂交混14:28:00工程热管因子21 热管因子∆hh,max,5F=E,∆h,5核热管因子∆hn,max工程热管因子分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差热流密度工程热管因子焓升工程焓升工程热管因子热管因子燃料芯块燃料元件和冷却堆芯下腔室流量热管内冷却剂相邻通道间加工误差剂通道尺寸误差分配不均匀流量再分配冷却剂交混FFFFFF=⋅⋅⋅⋅E,∆∆∆∆∆∆hhhhhhE,,1E,,2E,,3E,,4E,,514:28:00工程热管因子22 热管因子y核热管因子0工程热管因子−σ+σx−3σ+3σ分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差正态分布随机误差小误差比大误差出现的概率多大小相等、符号相反的正负误差出现的概率近似相等极大的误差值，不论正负，其出现的概率都非常小14:28:00工程热管因子23 正态分布的概率密度函数y均方误差222ε+ε++ε12Nσ=N0−σ+σx−3σ+3σ21xyx()=exp−22πσ2σ14:28:00工程热管因子24 正态分布的概率密度函数均方误差222ε+ε++ε12Nσ=N2落在极限误差±3σ范围内的概率1xyx()=exp−22πσ2σ3σp=∫yxx()d()−3σ23113σxx−t2=−=expd()2edt∫∫23π2π−3σ2σσ−2=0.99714:28:00工程热管因子25 间接测量值的误差π2du,aeρd4aacs,nF=E,q假如mnpπ2edρccc123dnncs,aC=u,nrs4cc45222则：∂∂CC22∂C2σ=(σcc)+(σ)++(σc)∂∂cc12∂c512522223σ2σσσσE,quρecsF=1+=13++++E,qqdρedn,maxu,nnncs,n14:28:00工程热管因子26 热管因子核热管因子工程热管因子分析方法乘积法：把最不利的工程因素都集中到一点上混合法：把工程误差分成非随机误差和随机误差方法比较最不利的工程因素vs不利的工程因素同时集中作用在热点上vs按一定的概率作用在热点上绝对安全可靠vs一定的可信度安全可靠14:28:00工程热管因子27 方法比较不利的工程因素vs最不利的工程因素按一定的概率作用在热管和热点上vs必然同时集中作用在热管和热点上一定的可信度vs绝对安全可靠14:28:00方法比较28 小结设计准则准则1：燃料芯块完整性准则芯块中心温度限值方法：热管因子核热管因子径向、轴向、局部热流密度核热管因子焓升核热管因子工程热管因子（乘积法和混合法）热流密度工程热管因子焓升工程热管因子5个分因子14:28:00小结29 习题7.1某压水堆高3m，热棒轴向热流密度分布为q（z）=1.3cos（0.75（z-0.5））MW/m2。坐标原点在堆芯中心，求热通道内轴向热点因子。14:28:00稳态设计30 习题7.2已知某燃料元件的参数如下，试比较乘积法和混合法求热流量工程热管因子的差异。名义值最大误差均方误差物理量芯块直径8.43mm±0.03mm±0.005mmU235富集度3%±0.04±0.01%UO密度95%±2.7%±0.7%2包壳外径10mm±0.04mm±0.012mm14:28:00稳态设计31'