反应堆热工水力学.pdf

'2.1查附录3计算水的以下物性参数：（1）求15.7MPa时饱和水的动力粘度和比焓；（2）若344℃下汽水混合物中水蒸汽的质量分数是1%，求汽水混合物的比体积；（3）求15MPa下比焓为1600kJ/kg时水的温度；（4）求16MPa下310℃时水的热导率。解：（1）查附录3-1，得饱和水物性：6压力p/MPa动力粘度μ×10/Pa•s比焓h/kJ/kg14.60875.4159616.53769.41672内插得到15.7MPa时饱和水的动力粘度：15714608..−μμμμ(.157MPa)(.=+−146MPa)[(.165MPa)(.146MPa)]=1653714608..−-57.20×10(Pa•s)15.7MPa时饱和水的比焓：15714608..−hh(.157MPa)(.=+−14608MPa)[(.hh16537MPa)(.14608MPa)]=1653714608..−1639(kJ/kg)（2）查附录3-1、3-2可得：333温度t/℃饱和水比体积v×10/m/kg饱和蒸汽比体积v/m/kg3401.6390.0107793501.7410.008805内插得到344℃下饱和水的比体积：oooo344340−-33vvvv′′′′()()344C=+−340C[()350C()340C]=1.680×10(m/kg)350340−344℃下饱和蒸汽的比体积：oooo344340−-33vvvv′′()()344C=+−′340C[′′()()350C′′340C]=9.989×10(m/kg)350340−344℃下汽水混合物平均的比体积：-33vx=+−v′′()1xv′=1.763×10(m/kg)（3）查附录3-1、3-2可得：压力p/MPa温度t/℃饱和水比焓h/kJ/kg饱和蒸汽比焓h/kJ/kg14.6083401596262316.53735016722565内插得到15MPa下饱和水的比焓：1514608−.hh′′(15MPa)(.=+−14608MPa)[(.h′16537MPa)(.h′14608MPa)]=1653714608..−1611(kJ/kg)因为hp′，可知此水未饱和。）内插得到16MPa下饱和水的热导率：1614608−.-3k′=+−460()434460=441.2×10(W/m•℃)1653714608..−查附录3-7可得300℃下未饱和水：3压力p/MPa热导率k×10/(W/m•℃)15.0MPa565.817.5MPa570.5内插得到16MPa下300℃水的热导率：16150−.-3k=+−5658.(.57055658.)=567.7×10(W/m•℃)1175150..−最后内插得到16MPa、310℃下的热导率：2 tt−1310300−-3kkkk=+−()′=5677.+(..44125677−)=540.9×10(W/m•℃)11tt′−−3472300.13（注意：以下算法是错误的：查附录3-7可得热导率k×10/(W/m•℃)：250℃300℃15.0MPa638.3565.817.5MPa639.1570.5外插得到15.0MPa、310℃下的热导率：310250−-3k=+−6383.(.56586383.)=551.3×10(W/m•℃)1300250−外插得到17.5MPa、310℃下的热导率：310250−-3k=+−6391.(.57056391.)=556.8×10(W/m•℃)2300250−最后内插得到16MPa、310℃下的热导率：pp−1-3kkkk=+−()=553.5×10(W/m•℃)）121p−p213.1求1600℃下97%理论密度的UO2的热导率，并与316℃下金属铀的热导率做比较。解：方法一：对于95%理论密度的UO2的热导率，可用美国西屋公司推荐关系式：1−133-1-1-1-1k=+8.77510×t=0.02364(W•cm•℃)=2.36(W•m•℃)950.0238t+11.8或美国燃烧公司推荐关系式：38.24−133-1-1-1-1k=+×6.125610(t+273.15)=0.02312(W•cm•℃)=2.31(W•m•℃)95t+402.4由于为97%理论密度的UO2，应用Maxwell-Euken关系式计算：1.025(1−ε)kk=ε950.95(1+βε)其中，ε=0.97,β=0.5，则有：1.025(10.03)−-1-1k==2.44或2.38(W•m•℃)970.95(10.50.03)+×方法二：也可以用MATPRO程序中的算法：−3因为温度<1650℃，公式为：β=−×2.580.5810t1(−−β1/ρρ)100η=1(−−β10.95)3 B1kB=+η[exp(Bt)]34Bt+2−43−其中BBB===40.4,464,1.21610,×=B1.86710×1234-1-1-1-1相应的k=0.02278(W•cm•℃)=2.28(W•m•℃)-1-1查附录1可知316℃下金属铀热导率为30.28W•m•℃,比UO2的大一个数量级。3.2假设堆芯内所含燃料是富集度3%的UO2，慢化剂为重水D2O,慢化剂温度为260℃，并且假设中子是全部热能化的，在整个中子能谱范围内都适用1/v定律。试计算中子注量13-2-1率为10（cm·s）处燃料元件内的体积释热率。33解：查表3-4等可得：σ=582b，ρ=10.41×10kg/m，F=97.4%，则有：f,0.0253UO2u1C==3.037%510.9874(1/+−e1)55MCUO22=+58M235UO(1−C)M238UO2=2.6991×10(kg/mol)ρNN=UO2C=26-37.05×10(m)5A5MUO2π293σσ=×=382.4(b)ff,0.02532273+t3qF=ENσφ=84.2(MW/m)Vuff54.4厚度或直径为d的三种不同几何形状（平板、圆柱、球）的燃料芯块的体积释热率都是qV，表面温度都是tc，试求各种芯块中心温度的表达式，并进行讨论比较。解：（1）平板建立一维直角坐标系如右图所示：稳态导热方程（只须解正半轴部分）：2dTqV-d/2Oxd/2+=0，0/10000，L/D>60，用Dittus-Boelter关系式：0.80.4Nu==0.023RePr585.3∞,cir对于正方形排列棒束，因为满足1.05≤P/D=1.28≤1.9，可用Presser关系式：−−7(/PD1)ψ=+0.92170.1478/PD−0.1130e=1.094Nu==ψNu640.2∞∞,cir4-2-1hk=NuD/=3.403×10(W•m•℃)∞e再由Newton冷却公式：qhTT=−⇒=+()TqhT/=351(℃)wfwf（也可用其他两个关系式：因为1.1