反应堆热工水力学08

'5单相流分析5.1单相流输运方程5.2单相流水力学分析5.3单相流传热分析 变截面流道无粘流动2∂υdpυ∫∫⋅+++=drψft()∂tρ2ANρoutlNzNρinA1z1l1l214:25:59方程体系2 变截面流道无粘流动2N∂υp−pυoutin∫⋅dr++∆ψ+∆=0l1∂tρ2ATNN∂∂υ∫∫⋅=ddrυr⋅11∂∂ttN∂NNqq1ddd1lqlmmmn=∫∫dl==∑∂tA11ρρddtAtAρn=1n2ldqq11mm+−+(poutpin)ρgzz(N−+1)22−=0AtTd2ρAAN114:25:59方程体系3 反应堆一回路系统3蒸发4堆芯器21主泵5pinpout21435pin堆芯蒸发器poutl1/A1l2/A2l3/A3l4/A4l5/A514:25:59方程体系4 已知泵的扬程为85.3m，流体密度近似为1000kg/m3，试计算需要多少时间流量达到稳态流量的90%？ldqm2111=∆−pq−m22AtTd2ρAA512111C=2−2dqm=∆ptAd2ρ∆pAA51(1−+qC)(1qC)lmmT41/C=2.9610×ddqqAmm+=∆ptd21(−+qCmm)21(qC)lT14:25:59方程体系5 ddqqAmm+=∆ptd21(−+qCmm)21(qC)lT11A−−++=ln(1qC)ln(1qC)∆ptC+mm022CClT1+qCAA−1m=exp2Cp∆t2Cp∆=0.551s1−qCllTmT0.511t1e−11q=4m0.511tqmt→∞==2.9610×Ce1+C0.551te1−0.9=⇒t=5.34s0.551te1+14:25:59方程体系6 5.2.2粘性流动Yt<0,流体处于静止状态VxFxyVxF=τAt=0,上板开始向右运动=µxAxyxt时刻液体在粘性力YVx(y,t)作用下也开始向右运动Vx(y)t=时形成稳定流动14:25:59方程体系7 Re数*υ**tVp***xyzυ≡tp≡≡,x,y,z≡,,2VDVeρDeDeDe*Dυ**µ*2*Degg=−∇p+∇υ+*2DtρVDVge*D1υg***2*Dge=−∇p+∇υ+*2DtReVg14:25:59方程体系8 边界层V无粘区湍流区扩展区0粘性底层层流边界层过渡区湍流区14:25:59方程体系9 5.2.3管内层流边界层υυ>>rδzrRz∂∂υυVz(r)Vz(r)zz>>∂∂rz入口区充分发展区∂∂pp≈=0,0∂∂rrθ14:25:59方程体系10 5.2.3管内层流2∂∂υυ∂∂p∂υµ∂υzzzzρυ+ρυ=−+µ+rzr2∂z∂∂∂rzzrr∂∂rµ∂∂υz∂pr=r∂r∂r∂zµdddυpzr=rrdddrz22RprdυzrR==0⇒=−υz1−24dµzR∂υz=0∂rr=014:25:59方程体系11 5.2.3管内层流22Rdprυz=−1−24µdzRτwrppp+zδzzτ(r)Vz(r)δz14:25:59方程体系12 22层流摩擦系数Rdprυz=−1−24µdzR()dυzVmrτr=+µ=−4µdrRRRυ2πrdr2∫0zRdpVRdpVm=2=−τ=−4µm=+πR8µdzwR2dzdp64µρV22mdpfρV−=mdzρD2V2−=mdzD22LdpLρVm∆=−pdzf=fric∫C640d2zDf==ReRe14:25:59方程体系13 例5-8某压水堆停堆情况下，依靠自然循环，一回路冷却剂系统大约有1%的满功率流量。假设满功率流量为4686kg/s，蒸汽发生器的传热管总数为3800根，传热管内直径为0.0222m，传热管平均长度为16.5m，流体密度近似为1000kg/m3，动力粘度为0.001kg/(m·s)，试判断流动是层流还是湍流，并计算摩擦系数和入口到出口的摩擦压降。14:25:59方程体系14 ρVDqD46860.02220.01××mmRe====707.25<21002µµA0.001×(3800×π×0.0222/4)64q46860.01×mf==0.0905V===0.0318m2ReρA1000×(3800×π×0.0222/4)22LρV16.510000.0318×mΔpf0.0905==××34.0Pa=D20.0222214:25:59方程体系15 管内湍流摩擦系数光滑管Karman-Nikuradse关系式1()=−0.8+0.87lnReff−n显式：f=CRe作者Cn应用范围McAdams0.1840.2工业用光滑管,环形通道Blasius0.3160.25普通无缝钢管,黄铜管,玻璃管Bishop0.0840.245超临界水14:25:59方程体系16 管内湍流摩擦系数粗糙管：Colebrook关系式−1/22ε18.7f=1.742lg−+1/2DRefe1显式：ε1063f=0.00551+20000+DRee14:25:59方程体系17 各种管子的表面粗糙突起高度管材料ε/mm冷拉管0.0015工业用钢管0.045涂沥青铁管0.12镀锌铁管0.15铸铁管0.26混粘土管0.3~3.0514:25:59方程体系18 棒束通道摩擦系数−nf=CRe+M作者CnMMiller（1956）0.2960.20Tourneau（1957）0.163~0.1840.20Wantland（1957）1.760.39090.01.00.008214:25:59方程体系19 非等温修正nSieder-Tate认为µwf=feuµf对于气体，Toylor推荐0.60.25Twf=0.0028+0.32ReTf14:25:59方程体系20 例5-9蒸汽发生器传热管与例5-8相同，判断在满功率流量下流动是层流还是湍流，并计算摩擦系数和出入口压降。题中没有给出传热管的表面粗糙突起高度，采用McAdams关系式计算摩擦系数，于是得−0.2f=0.184Re=0.019722LρV16.510003.18×mΔpf==××0.0197=74000PaD20.0222214:25:59方程体系21 稳定流动单相流压降∆=∆ppp+∆+∆pp+∆accgravfricform122•加速压降∆≡pacc(ρρ22VV−11)2•提升压降z2•摩擦压降∆≡pgrav∫ρ(zgz)dz1•局部压降2Lρυref∆≡pffricD22ρυref∆p≡Kform214:25:59方程体系22 例5-6中如果流动是粘性流动，堆芯和蒸汽发生器中的局部形阻系数分别为18和52，且假设各个地方的摩擦系数均为0.015，试计算稳态流量。3蒸发4堆芯器21主泵5pinpout21435pin堆芯蒸发器poutl1/A1l2/A2l3/A3l4/A4l5/A514:25:59方程体系23 2222ldqq11ρVρVLρυmmRSGii−∆+p22−+KKR+SG+∑f=0AtTd2ρAA5122iDi22ldqq11KKL1mmRSGi−∆+pf−+++∑=022222ATd2tρAA51ARASGiDAii2111KRKSGLi1−8C=−+++∑f=1.803×10222222ρ∆pA5A1ARASGiDiAi114q==7447kg/sq==2.9610×m比较：mt→∞CC14:25:59方程体系24 截面突然缩小和截面突然扩大2121涡团V22-V12ρ2V12-V22V12V2ρKρ22Kρ22fV22斜率-ρD214:25:59方程体系25 截面突然扩大22pA+p(A−A)−pA=ρAV−ρAV11121222211(2)A1V1=A2V2p1−p2=ρV2−V1V21(22)p−p=ρV−V+∆pform1221222222VVρAVρρV21111∆=−pK11=−=formVA222122A21K=11−=(−β)A214:25:59方程体系26 截面突然缩小2A22K=α11−=αβ(−)A1其中α是一个经验系数，在0.4~0.5之间取值。14:25:59方程体系27 小结变截面流道无粘流动管内层流压降计算棒束和管内湍流压降计算截面突然扩大和突然缩小压降计算14:25:59方程体系28 作业5.5如图所示，试验段长1.2m，内径13mm。套管式热交换器1.5m长，90°弯头（R/D=1.5），热交换器安装在水平管道的中间部分，加热器安装在竖直管道的中间部分，冷却水在管外逆向流动。热交换器的内管以及把试验段、热交换器、泵连接起来的管道均为内径25mm的不锈钢管。试验装置高3m，宽6m，回路的运行压力是16MPa。（1）当260℃的水以5m/s的速度等温流过试验段时（即试验段不加热），求整个回路的压降。（2）若试验段均匀加热，入口温度260℃，出口温度变为300℃，计算回路的总压降。（假定热量可以全部从热交换器带走）14:25:59方程体系29'