热工流体力学 第5章 稳态工况下反应堆流体力学分析.ppt

第5章稳态工况下反应堆流体力学分析

5.1流体力学分析的主要内容和目的

1．分析和计算冷却剂的流动压降，以便确定：

（1）堆芯各冷却剂通道内的流量和旁通流量

冷却剂流量是计算堆芯各冷却剂通道内冷却剂的压力、比焓、燃料元件的温度

和临界热流密度的必不可少的参量，它直接影响堆的输热能力。在反应堆设计中，

总是尽量设法使堆芯冷却剂的流量分配与发热分布相匹配，这样就可以最大限度地

输出堆内释出的热量，同时又能获得堆芯出口较高的冷却剂平均温度，从而可以提

高热效率；

（2）合理的堆芯冷却剂流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及冷却剂循环泵

所需要的功率。

在大多数动力堆系统中，冷却剂是靠泵或风机进行强迫流动的，为了克服冷却

剂流经反应堆堆芯、进出口腔室、管道、蒸汽发生器等一回路的压力损失，必须给

循环的冷却剂提供相当大的驱动压头，为此就需要消耗唧送功率。唧送功率的大小

等于一回路内冷却剂的体积流量与总压降的乘积。为了降低冷却剂的唧送功率，提

高反应堆的经济性，就必须相应地降低冷却剂的流量和增大一回路管道和部件的尺

寸。然而这些措施又与强化堆芯传热、降低一回路部件的制造成本相矛盾。因此，

合理的确定堆芯冷却剂的流量和一回路管道尺寸，往往是要在反应堆的经济性和堆

芯传热特性二者之间取其折中。

2．对于采用自然循环冷却的反应堆（如沸水堆），或利用自然循环输出停堆后衰变

热，需要通过流体力学分析计算确定在一定反应堆功率下自然循环水的流量，定出

反应堆的自然循环能力。

3．对于存在汽水两相流动的装置，如沸水堆或蒸汽发生器，要分析其系统内的流动

稳定性。在可能发生流量漂移或流量振荡的情况下，还应在分析系统水动力特性基

础上，寻求改善或消除流动不稳定性的方法。

4．研究气（汽）液两相流动，为反应堆事故分析打下理论基础。

5.2流体的特征和主要物理性质

所谓流体主要指液体和气体。流体是由无限多个质点（质点是指含有大量分子

的流体微团）所组成的连续介质，它不间断地充满其空间。因此，流体的流动是由

充满整个流动空间的无限多个流体质点的运动所构成的。充满运动着的流体空间称



为流场，表征流体运动的物理量，如速度V、压力p、密度等称为流体运动参量。

采用欧拉法来研究流场中流体运动时，这些运动参量是空间点坐标(x,y,z)和时间



t的函数，即VV(x,y,z,t)，pp(x,y,z,t)，(x,y,z,t)。

如果这些运动参量与时间无关，则称此流动为稳态流动（或称定常流动），反

之为瞬态流动（或称非定常流动）。

流体的显著特征是具有流动性和变形性，不能抵抗拉伸力和剪切力的作用，只

能承受压缩力的作用。

液体和气体的主要区别是：（1）液体有自由表面，气体无自由表面；（2）液体

具有一定的体积，其形状被所在的容器的轮廓所限定。一般情情况下，液体可以看

做不可压缩流体。气体可以充满其所占有的全部空间无明显的外廓形状，气体被认

为是可压缩流体；3）液体的粘性比气体的大，并随温度的升高而降低，气体的的粘

性则随温度的升高而增大。流体的主要物理性质如下：

（1）密度

单位体积流体所具有的质量称为密度，用表示，其单位是kg/m3。密度的倒数

称为比容，即单位质量所占有的体积，用v表示，v1/，其单位是m3/kg。

（2）粘性

粘性是实际流体具有的一个重要性质，其定义是：当流体运动时，在其内部产生

内摩擦力（粘性力）的性质称为粘性。

当流体以某一速度流动时，其内部分子之间存在着吸引力，流体分子与固体壁面

之间有附着力作用，这两种力都属于抵抗流体运动的阻力，而且是以内摩擦力的形式

表现出来，这就是流体粘性的实质。

实际流体具有粘性的最简单的例子是：当把某固体浸入水中再取出时，固体表面

就粘附着水，这就是流体粘性的表现。当粘性流体中发生层与层之间的相对运动时，

运动速度快的层对速度慢的层产生一个拖动力使它加速，而速度慢的流体层对速度

快的层就有阻止它向前运动的阻力。拖动力和阻力是大小相等方向相反的一对力，

分别作用在两个紧挨着的但速度不同的流体层上，这就是流体的粘性表现，称为粘性

力或摩擦力。

流体