第5章-核反应堆流体力学-核工程原理课件.ppt
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1、第第5章章核反应堆流体力学核反应堆流体力学l计算机科学与技术l第7周,周三7-8节,3-4045.1 冷却剂单相流动冷却剂单相流动 反反应应堆堆堆堆芯芯内内燃燃料料释释放放出出的的热热量量,要要由由冷却剂冷却剂带出堆外。带出堆外。堆堆芯芯燃燃料料允允许许的的释释热热率率与与 冷冷却却剂剂的的流流动动 特性密切相关特性密切相关。定性分析如下:当冷却剂的流速 相应的对流换热系数就会 燃料的释热率随之可能 但流速提高后,通道的流动阻力 带来的结果是冷却剂泵的功率需要 因因此此,在在反反应应堆堆热热工工分分析析中中,不不仅仅要要弄弄清清堆堆芯芯内内的的传传热热问问题题,还还要要弄弄清清与与堆堆芯芯内冷
2、却剂流动有关的流体力学问题。内冷却剂流动有关的流体力学问题。反应堆稳态水力计算一般包括:反应堆稳态水力计算一般包括:冷却剂的压降计算冷却剂的压降计算 自然循环的计算自然循环的计算 流动不稳定性的确定流动不稳定性的确定(2)自然循环的计算自然循环的计算 反应堆自然循环能力的提高,对提高反应堆的安全性有很大影响,目前各国都为提高反应堆的自然循环能力寻求新的方法。对船用反应堆,提高自然循环的能力更有特殊的意义,表现在两个方面:提高核动力的安全性;降低核动力装置的噪音。自然循环过程中流动阻力的计算、自然循环流量的确定等,都需要水力计算来完成。(3)流动不稳定性的确定流动不稳定性的确定 在堆芯内,为什么
3、会出现流量漂移或流动振荡等流动不稳定性问题?流动不稳定性对反应堆产生什么后果?通过水力计算,以达到什么目的?l在堆芯内,由于冷却剂被加热并可能产生两相流动,因此会出现流量漂移或流动振荡等流动不稳定性问题。l流动不稳定性对反应堆安全有很大影响。l通过水力计算,可确定堆芯通道内的流动特性,以确定改善和消除流动不稳定性的方法。5.1.1 单相流基本方程(1)在反应堆的水力计算中,经常遇到的流动计算问题及其处理方法?(2)实际问题如何转化?所计算的流动参数基本都可以根据一维的流动方程得到解,或者将两维或者三维的问题简化为一维的问题。5.1.2 单相流沿程阻力计算单相流沿程阻力计算 当当流流体体通通过过
4、一一个个管管路路系系统统时时,1和和2两两个个截截面面之间的总压降可写成之间的总压降可写成ppl,el,e 重位压降重位压降 重重位位压压降降是是流流体体流流动动过过程程中中位位置置发发生生变变化化引引起起的的,因因此此只只有有当当计计算算的的两两个个截截面面之之间间有有一一定定的的垂直高度差时才会出现。垂直高度差时才会出现。重位压降的一般表达式:重位压降的一般表达式:对于单相水,有对于单相水,有5.1.2 单相流沿程阻力计算单相流沿程阻力计算ppa a 加加速速压压降降,表表示示由由于于流流体体速速度度变变化化引引起起的的静静压压变变化化,例例如如流流体体密密度度的的变变化化和和流流通通截截
5、面面的的变变化引起的速度变化等;化引起的速度变化等;ppf f摩擦压降摩擦压降ppc c局部压降局部压降 5.2 气气-水两相流水两相流5.2.1 两相流的基本概念两相流的基本概念 在在气气-液液两两相相流流动动中中,两两相相介介质质都都是是流流体体,各各自自都都有有相相应应的的流流动动参参数数。另另外外,由由于于两两相相介介质质之之间间的的相相互互作作用用,还还出出现现了了一一些相互关联的参数。些相互关联的参数。为为了了便便于于两两相相流流计计算算和和实实验验数数据据处处理理,还还常常常常使使用用折折算算参参数数(或或称称虚虚拟拟参参数数)。这这使得两相流的参数比单相流复杂得多。使得两相流的
6、参数比单相流复杂得多。5.2.2 两相流的基本方程计算方法两相流的基本方程计算方法 与与单单相相流流相相比比,两两相相流流不不仅仅变变量量多多,而而且且变变量量之之间间的的关关系系复复杂杂。在在两两相相流流场场中中,某某时时间间域域内内,空空间间任任一一位位置置上上表表现现出出不不均均匀匀性性、不不连连续续性性及及不不确确定定性性。原原则则上上,仍仍可可以以运运用用流流体体力力学学的的基基本本分分析析方方法法建建立立分分析两相流动的计算关系。析两相流动的计算关系。从从现现有有的的两两相相流流计计算算方方法法看看,可可以以分分为两大类:为两大类:l(1)分相流模型)分相流模型 分分相相流流模模型
7、型是是把把两两相相流流看看成成是是分分开开的的两两股股流流体体流流动动,把把两两相相分分别别按按单单相相流流处处理理,并并考考虑虑两两相相之之间间的的相相互互作作用用,然然后后将将各各相相的的方方程程加加以以合合并并。这这种种处处理理两两相相流流的的方法通常称为分相流动模型。方法通常称为分相流动模型。这种模型适用类型:这种模型适用类型:层状流型、层状流型、波状流型、波状流型、环状流型环状流型5.3 临界流动临界流动l(1 1)概念导入)概念导入 在在一一个个充充满满流流体体的的系系统统中中,如如果果上上游游压压力力为为P P0 0,背背压压为为p pb b,当当背背压压P Pb b下下降降到到
8、低低于于P P0 0时时,流流动动就就开开始始了了,并并在在上上游游压压力力P P0 0与与背背压压P Pb b之之间间建建立立起起一一个个压压力力梯梯度度。当当P Pb b进进一一步步降降低低时时,流流量量增增加加,如如果果P Pb b降降低低得得足足够够多多,会使通道出口处的会使通道出口处的质量流量质量流量达到最大值。达到最大值。背背压压P Pb b的的进进一一步步降降低低不不再再会会使使质质量量流流量量增增加加。把把这这种种流流量量保保持持最最大大值值的的流流动动叫叫临界流动。临界流动。质量流量和质量流速质量流量和质量流速 两两相相流流的的总总质质量量流流量量为为M M,它它表表示示单单
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- 核反应堆 流体力学 工程 原理 课件
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