核反应堆热工分析(热工部分).ppt

/ 反应堆热工水力学 不同核素所释放出来的裂变能量是有差异的，一般认为取 铀棒内的显热和剩余中子裂变热大约在半分钟之内传出，其后的冷却要求完全取决于衰变热 反应堆热工水力学 （1）B点前：泡核沸腾和自然对流混合传热 当液体处于或低于饱和温度时，壁面过热度不高，不能产生汽泡。随着壁温升高，壁面过热度增大，达到发生泡核沸腾的过热度时，紧贴加热壁面的过热液体层中的壁面起泡核心就生成汽泡，泡核沸腾开始。所生成的少量汽泡有的附着在壁面上，有的长大脱离壁面进入液体中，依靠浮力向上运动，并且可能在途中冷凝。由于汽泡的形成、长大、脱离和冷凝以及自然对流的作用，传热增强，q随Δtw有较快增加。 （2）BC区：泡核沸腾传热 由于所产生的汽泡数目增加，大量汽泡脱离壁面，造成对热边界层中液体的强烈扰动，使传热大大增强，q随Δtw迅速增加。在加热面附近会形成蒸汽片或蒸汽柱。 （3）C点：临界热流工况（CHF） 该点标志着泡核沸腾的上限。对于控制壁温的情况，在C点后，由于部分加热壁面被蒸汽覆盖，传热强度减弱，q随Δtw的增加反而下降；对于控制热流的情况，加热q稍微增加，壁温tw骤然跃升至E点，壁温大幅度跃升，可能导致壁面烧毁。 （5）D点：稳定膜态沸腾起始点 该点q是膜态沸腾的最小值，所以也叫最小膜态沸腾工况。此时连续汽膜刚好覆盖加热壁面。该点由于液体刚好不能接触加热表面，所以也叫Leidenfrost点，该点壁面温度也叫Leidenfrost温度。 （6）D点后：稳定膜态沸腾传热工况 一层连续稳定的蒸汽膜覆盖在整个加热表面上，热量的传递主要通过汽膜导热、对流和热辐射，只不过在E点后热辐射变得更强，因而q随Δtw的增加而更加迅速上升。 各区域传热机理 （1）单相液体自然对流区（B点前） 在池内自下而上已建立温度梯度，通过自然对流将加热面上的热量在液体内向上传递。 （2）泡核沸腾区（BC） 热量从壁面传给液体建立起过热液体边界层，汽泡就在过热液体边界层内的空穴中长大。 液体微层迅速蒸发，继续壁面吸热，壁面温度下降。当微层蒸发完，由于向蒸汽传热较差，壁面温度升高。此间，汽泡和过热液体层间的界面发生着蒸发，即汽化潜热传热，促进汽泡产生。 当汽泡脱离加热壁面时，带走大部分过热液体层，外层冷流体流向并浸湿壁面，壁温下降。过热液体边界层又重新建立，壁温上升。 汽泡产生和脱离过程中，引起液体的随机性运动，形成微对流。以上机理都导致泡核沸腾传热大大增强，达到很高的传热系数。 （3）临界热流（CHF）工况（C） 汽泡合并 在加热表面上产生的汽泡太多，使相邻汽泡、汽柱合并，形成一层导热性很差的蒸汽膜覆盖在表面上，把加热面与液体隔离开来，使传热恶化。 流体动力学不稳定性 在高热流密度下，向壁外运动的蒸汽速度很大，与向壁面运动的流体速度构成最大相对速度，在汽液界面出现很大波动，并失去稳定，汽液逆向流动遭到破坏，蒸汽滞留在加热面上，形成汽膜覆盖，传热恶化。 （4）稳定膜态沸腾工况（D点后） 一层连续稳定的蒸汽膜覆盖在整个加热表面上，热量的传递主要通过汽膜的导热、对流和热辐射，蒸汽以汽泡形式从汽膜逸出。主要热阻局限在这层汽膜内。 壁面和液体间的温差很大，液体不能接触壁面，以维持汽膜稳定。 （5）最小膜态沸腾工况（D） 在降低壁面热流密度时，在此发生膜态沸腾向泡核沸腾的转变。它是稳定膜态沸腾的低限，相应于连续汽膜的破坏和液-固接触的开始（Leidenfrost点）。 （6）过渡沸腾工况（CD） 汽液交替覆盖加热表面，表现出瞬态变化的传热特性，属于不稳定工况。特点是随着壁面过热度升高，热流密度反而下降。 影响池沸腾主要因素 （1）系统压力 提高压力，空穴泡化所需要的过热度变小，使沸腾曲线BC段向左移动。压力越高，同样的壁面过热度能传递更高的热流密度。 （2）主流液体温度（欠热度） 主流液体温度对泡核沸腾传热强度没有影响，但对qc有显著影响。随着欠热度增加，qc升高。 加热表面越粗糙，泡核沸腾传热增强，但对qc和膜态沸腾传热的影响很小。 A—单相液体对流 欠热液体受热，壁温和液体温度提高。临近壁面的液体形成热边界层，在液体中建立起径向温度梯度。壁面上没有形成汽泡。 B—欠热泡核沸腾