热工流体力学 第2章 反应堆内的释热.pptVIP

2.1核裂变产生的能量及其在堆芯内的分布2.1.1反应堆的热源200MeV。表2-1堆内能量的大致分配类型来源能量（MeV）射程释热地点核裂变本身瞬发裂变碎片的动能裂变中子的动能瞬发射线的能量16857极短中等长在燃料元件内大部分在慢化剂内堆内各处缓发裂变产物衰变的射线能裂变产物衰变的76短长大部分在燃料元件内小部分在慢化剂内堆内各处堆内材料与中子的辐射俘获（n,）反应瞬发和缓发过剩中子引起的非裂变反应加上（n）反应产物的衰变和7有长有短堆内各处总计200射线能衰变能第2章反应堆内的释热从表2-1可见，每次核裂变释放出来的总能量平均约为200兆电子伏，一般用表示此值，即反应堆的热源来自核裂变过程[包括核裂变本身和堆内材料与中子的辐射俘获（）反应]释放出来的巨大能量，其大致的数值和分配列在表2－1中。裂变碎片的动能约占总能量的84％，它们的射程极短，约为0.0127毫米，因而可以认为它们的动能就在燃料内裂变处转化成热能，只有很少一部分裂变碎片会穿入包壳内，但不会穿透包壳。在干净的和均匀装载的反应堆内，由裂变碎片动能转化成的热能的分布与燃料元件内中子注量率的分布基本上相同。裂变中子包括瞬发中子和缓发中子，在和慢化剂头几次碰撞中就失去了大部分的能量，它们的射程从几拾毫米到几百毫米不等。其能量转化成热量的分布取决于它们的平均自由程。裂变过程中产生的射线（包括瞬发射线和缓发射线），其穿透能力很强（即长射程），因此它们的能量将分别在堆芯、反射层、热屏蔽、生物屏蔽和压力容器中转化成热能。高能粒子的射程较短，其能量大部分在燃料元件内转化成热能。从以上分析可以看出，裂变能的绝大部分是在燃料元件内转化成热能的。在缺乏精确数据的情况下，对于热堆可以假定％以上的总裂变能是在燃料元件内转化成热能的，大约5％的总裂变能是在慢化剂中转化成热能的，而余下不足5%的总裂变能则在反射层、热屏蔽和堆内部件中转化成热能。近年来在大型压水堆设计中，往往取燃料元件释热量占堆总释热量的97.4%。应当指出，堆的热源及其分布不仅和空间有关，而且还和时间有关。在一个新装料的堆芯内，因为裂变产物尚未达到一定的数量，衰变过程尚未达到平衡，所以每次裂变产生的能量低于表2—1给出的数值。但是经过相当短时间的稳定运行之后，裂变能就达到上面所讨论的平衡值。重点：反应堆的热源来自核裂变过程和堆内材料与中子的辐射俘获（）反应释放出来的能量，每次核裂变释放出来的总能量平均约为200MeV。（2—1）s)；（2—3）（2—4）（2—5）单位体积的裂变率堆芯体积释热率整个堆芯释出的热功率反应堆释出的总热功率重点：（1）堆芯体积释热率的定义；（2）反应堆的热功率与平均中子注量率成正比。2.1.2堆芯体积释热率式中，∑f是该处的宏观裂变截面，cm-1；是该处的中子通量，1/(cm2是有效微观裂变截面，cm2；是可裂变核素的密度，1/cm3。（2—2）可见反应堆的热功率与平均中子通量成正比。式中，是堆芯的释热量占反应堆总释热量的份额。如果以W/m3表示，则式（2－2）变成例题2－1.（2—6）（2—7）（2—8）（2—9A）（2—10）（2—11）（2－9B）堆芯和燃料元件的功率度量是反应堆热工设计的重要指标。根据稳态热平衡，可以写出棒状燃料元件的、和之间的关系：（1）堆芯平均比功率在整个堆芯内，平均每千克燃料发出的热功率，称为堆芯平均比功率，W/kg燃料（2）堆芯平均功率密度在整个堆芯内，平均每单位堆芯体积所发出的功率，称为堆芯平均功率密度，（3）堆芯平均燃料体积释热率在整个堆芯内，平均每单位燃料体积所产生的热功率，（4）堆芯平均元件表面热流密度在整个堆芯内，平均从单位元件表面积所通过的热功率，（5）堆芯平均元件棒线功率密度在整个堆芯内，平均单位长度元件棒发出的热功率，2.1.3堆芯和燃料元件的功率度量表示法解：堆芯体积释热率为，W/m3即图2—1有限圆柱体均匀裸堆堆芯中子通量分布重点：由图