1、反應堆熱工水力學作業參考答案湖北張坤第一章緒論1-2、二氧化鈾的熔點、密度、熱導率、比熱的特性如何？答：未經輻射的二氧化鈾熔點的比較精確的測定值為C。輻射以后，隨著固相裂變產物的積累，二氧化鈾的熔點會有所下降，燃耗越深，下降得越多。熔點隨燃耗增加而下降的數值約為：燃耗每增加10000兆瓦·日/噸鈾，熔點下降32°C。二氧化鈾的理論密度為10.98，但實際制造出來的二氧化鈾，由于存在孔隙，還達不到這個數值。加工方法不同，所得到的二氧化鈾制品的密度也就不一樣。熱導率：未經輻照的二氧化鈾，可以粗略的認為，溫度在1600°C以下，熱導率隨著溫度的升高而減小，超過1600&

2、#176;C，二氧化鈾的熱導率則隨著溫度的升高而又有某種程度的增大。輻照對二氧化鈾熱導率的影響總的趨勢是：熱導率隨著燃耗的增加而減小。應該指出二氧化鈾熱導率的影響與輻照時的溫度有著密切的關系，大體來說，溫度低于500°C時，輻照對熱導率的影響比較顯著，熱導率隨著燃耗的增加而有較明顯的下降，大于500°C時，特別是在1600°C以上，輻照的影響就變得不明顯了。氧鈾比對氧化鈾的熱導率也有一定的影響，隨著氧鈾比的增加，氧化鈾的熱導率將顯著減小。二氧化鈾的比熱可以表示成溫度的函數：在25°Ct1226°C的情況下，在1226°Ct2800&#

3、176;C的情況下，在上面兩式中，的單位是，的單位是。1-3、反應堆對冷卻劑的要求是什么？答：在選擇合適的冷卻劑時希望具有以下特性：1 中子吸收截面小，感生放射性弱2 具有良好的熱物性（比熱大，熱導率大，熔點低，沸點高，飽和蒸汽壓力低等），以便從較小的傳熱面帶走較多的熱量。3 粘度低，密度高，使循環泵消耗的功率小4 與燃料和結構材料的相容性好5 良好的輻射穩定性和熱穩定性6 慢化能力與反應堆類型相匹配7 成本低，使用方便，盡量避免使用價格昂貴的材料。1-4、水作為冷卻劑，有什么優缺點？答：水具有良好的熱物性，價格便宜，使用方便，所需輸送功率小。缺點主要有：水的沸點低，為了使高溫水保持液態，一回

4、路設備，包括反應堆本體，須在高的壓力下運行。存在沸騰臨界問題，使得提高堆內釋熱功率的可能性受到限制。水在高溫下的腐蝕作用相當強，因此同高溫水相接觸的設備和部件須有耐腐蝕的高強度材料制造。第二章反應堆熱源及穩態工況下的傳熱計算2-1、反應堆的熱源來自于什么？答：來自于裂變過程中釋放出來的巨大能量。2-2、每次核裂變放出的裂變能是多少？約有多少百分比作為大型壓水堆堆芯燃料元件釋放熱量進行傳熱計算？答：每次裂變釋放的裂變能約為200MeV，取97.4%進行傳熱計算。2-3、堆芯的熱功率及其分布與什么因素有關？答：與燃料的布置、控制棒的分布、水隙及空泡，以及燃料元件的自屏蔽有關。2-4、圓柱形均勻裸堆

5、的熱功率分布是怎樣的？答：徑向為貝塞爾函數，軸向為余弦函數。2-6、什么是強迫對流，什么是自然對流？答：強迫對流是流體在機械作用下引起的強迫流動，自然對流是在流體內部密度梯度引起的流體運動過程。2-7、試標出下圖給出的沸騰曲線各部分的傳熱類型，并說明各部分的特征。答：（圖在教材48頁或者28頁）（AB段）：單相自然對流；依靠溫度梯度進行熱量傳遞（BC段）：泡核沸騰；在加熱面上產生汽泡，在低熱流密度下，開始時只在一些點上產生。當熱流密度增加后，由于汽泡聚合，到達高熱流密度時，在接近加熱面附近形成蒸汽或蒸汽柱。（DE段）：過渡沸騰；在加熱面上存在一層不穩定的蒸汽膜，該蒸汽膜以多少有點不規則的間隔釋

6、放出一些大的蒸汽片。這時的加熱面是間斷潤濕的。只有在壁面溫度可以受控制的條件下，才能對這個區進行研究。（EF段）：膜態沸騰區；整個受熱面為穩定的汽膜所覆蓋，從傳熱強度在E點達到最低值。此后隨著壁溫的進一步升高，傳熱強度因輻射傳熱的增強而又有所提高。2-8、什么是沸騰危機？有哪兩種？分別說明其特點。答：稱大容器飽和中的臨界熱流為沸騰危機（元件包殼可能被燒毀的那個沸騰狀態）。第一類沸騰危機：由于換熱偏離核態沸騰而造成的傳熱惡化；第二類沸騰危機，由于液膜蒸干而引起的傳熱惡化。沸騰臨界一般和發生沸騰臨界時流型有著密切的關系，根據流動工況的不同，通常把沸騰臨界分為兩類，即過冷或低含汽量下的沸騰臨界和高含

7、汽量下的沸騰臨界。低含汽量下，大的溫度階躍足以導致加熱面迅速“燒毀”，叫“快速燒毀”；高含汽量下一般不會使金屬材料馬上燒損，稱為“慢速燒毀”。2-9、什么是臨界熱流密度？答：沸騰臨界的特點是由于沸騰機理的變化引起放熱系數的陡降，導致受熱面的溫度驟升。剛剛達到沸騰臨界時的熱流密度稱為臨界熱流密度。2-10、如果熱流密度不高，不會達到偏離泡核沸騰工況，試問隨著含汽量的升高，相繼會出現什么傳熱工況？答：單向自然對流、泡核沸騰。2-11、說明熱量從燃料棒芯塊中心到芯塊表面、間隙、包殼內外壁以及冷卻劑的傳熱過程，并寫出這些過程中的各個傳熱公式。答：從燃料棒芯塊中心到芯塊表面：具有內熱源的導熱問題，公式為

8、芯塊表面到包殼內壁：可認為是無內熱源的環形氣隙的導熱問題，公式為包殼內壁至包殼包壁：無內熱源的導熱問題，公式為包殼外壁至冷卻劑：無內熱源的對流換熱，公式為2-12、寫出堆芯的輸熱公式。答： 千瓦2-14、什么是層流，什么是湍流？區分層流和湍流的判據是什么？ 答：層流：流體流動時，各質點作分層運動，流體質點在流層之間不發生混雜，呈規則的層狀運動。湍流：流體流動時，質點呈紊亂流動形態，流體質點不保持在一個固定層內運動，而有互相交混和碰撞，產生動量交換。區分層流和湍流的判據是雷諾數：當時，可能是層流，也可能是湍流，屬于過渡區段。2-16、已知燃料元件棒的體積釋率，如何換算成燃料元件棒表面的熱流密度和

9、燃料元件棒的線功率密度？答：燃料芯塊的線功率，燃料芯塊的表面熱流密度，燃料芯塊的體積釋熱率，三者之間的關系為：2-17、反應堆停堆后的熱源有哪幾種？剛停堆時堆的剩余功率約占總熱功率的百分之幾？答、反應堆停堆后的熱源有剩余裂變功率、裂變產物衰變功率、中子俘獲產物的衰變功率。約占總功率的6%2-18、停堆之后，燃料元件表面熱流密度下降的速度是否與燃料元件的剩余發熱下降速度相同，為什么？答：不相同，主要是因為影響兩者的因素不完全一樣。第三章核反應堆穩態工況的水力計算3-1、核反應堆穩態工況的水力計算的任務是什么？答：穩態工況水力計算的內容概括起來主要包括以下幾個方面：1、 計算冷卻劑的流動壓降，以便

10、確定：堆芯各冷卻劑通道內的流量；合理的堆芯冷卻劑流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及冷卻劑循環泵所需要的功率。2、 對于采用自然循環冷卻的反應堆（如沸水堆），或利用自然循環輸出停堆后的衰變熱，需要通過水力計算確定在一定的反應堆功率下的自然循環水流量，配合傳熱計算，定出堆的自然循環能力。3、 對于存在汽水兩相流動的裝置，像沸水堆或蒸汽發生器，要分析其系統內的流動穩定性。在可能發生流量漂移或流量振蕩的情況下，還應在分析系統水動力特性的基礎上，尋求改善或消除流動不穩定性的方法。3-2、流體流動的總壓降由哪幾部分組成？ 答： 總壓降由四部分組成：提升壓降、加速壓降、摩擦壓降、形阻壓降（也稱局部壓降）

11、。3-3、單相流體的摩擦壓降的計算公式如何？摩擦阻力系數主要與哪些因素有關？答：計算單相流的摩擦壓降，普遍采用達西公式，即式中f稱為達西韋斯巴赫摩擦系數，它與流體的流動性質（層流與湍流）、流動狀態（定型流動即充分展開的流動與未定型流動）、受熱情況（等溫與非等溫）、通道的幾何形狀、表面粗糙度等因素有關。3-6、什么是汽液兩相流動？答：多種物相在同一個系統內一起流動稱為多相流。汽液兩種物相在同一個系統內一起流動稱為汽液兩相流動。3-7、什么是質量含汽率x、體積含汽率、空泡份額和滑速比S？寫出空泡份額的理論計算公式。答：(a含汽量（即質量含汽率）在汽夜兩相混合物中定義了三種：1 靜態含汽量。對于不流

12、動的系統，即在汽相和液相都沒有運動的系統內，靜態含汽量定義為 2 真實含汽量。對于流動通道，任何一個橫截面上的真實含汽量定義為3 平衡態含汽量。其汽液兩相處于熱力平衡狀態。(b將稱為體積含汽率。(c在靜止的汽液混合物中，空泡份額被定義為蒸汽的體積與汽液混合物總體積的比值；在流動系統中，在所考慮的區段內的空泡份額是該區段蒸汽的體積與汽液混合物總體積之比。(d在兩相流中，蒸汽的平均速度與液體的平均速度之比稱為滑速比S。(e空泡份額的理論計算公式：3-10、寫出水泵的功率計算表達式。答：有效功率千瓦，軸功率千瓦3-11、什么是水泵的汽蝕？答：泵在運行時，其內部液流的壓力會發生變化。當泵內局部區域的壓

13、力降低到液體汽化壓力以下時液體就要汽化，這時在液體中要生成大量汽泡，發生空泡現象，在汽泡中充滿著水蒸汽和原來溶解于液體的氣體。當含有大量汽泡的液體向前流經葉輪內的高壓區時，由于這里的壓力已達到或大于汽化壓力，則水蒸汽立即凝結成液態。這時汽泡周圍壓力較高的液流以很高的速度沖向汽泡，促使汽泡的體積迅速縮小，最后汽泡破裂消失。在此瞬間產生很強烈的水擊作用。以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，沖擊應力可達幾千個大氣壓。金屬受疲勞破壞，表面剝落，形成傷痕，嚴重時會將壁厚擊穿。這種現象叫剝蝕。另外在汽泡中還含有一些活潑氣體，當汽泡凝結時散發出的熱量促使氣體對金屬加速化學腐蝕作用從而加速金屬的破壞。這種機械剝蝕和

14、化學腐蝕現象總稱做汽蝕破壞。3-12、汽蝕有什么危害？答：汽蝕的危害主要有：使泵的揚程和效率明顯下降，甚至供水斷流；產生振動和噪音；當汽蝕汽泡潰裂時，在固體表面上產生很高的局部沖擊應力，導致材料表面破損。3-13、什么原因引起一回路主泵汽蝕，汽蝕后會出現什么征兆？答：當液體中帶有大量汽泡時就會發生汽蝕。所以當反應堆一回路出現破口，冷卻劑流失，水位降到反應堆壓力容器出口管嘴標高以下時或一回路內冷卻劑溫度達到相應壓力下的飽和溫度時，將在冷卻劑內存在或產生大量汽泡，就要發生汽蝕現象，引起流量和揚程減小，產生振動和噪音，導致水泵葉片破損。3-14、什么是自然循環？答：自然循環是指在閉合回路內依靠熱段（

15、向上流）和冷段（向下流）中的流體密度差所產生的驅動壓頭來實現的流動循環。3-17、自然循環對核電廠安全運行的重要意義是什么？答：在堆芯結構和管道系統設計合理的情況下，就可以利用一回路的自然循環帶出停堆后產生的熱量，確保反應堆安全停堆。3-18、一些什么原因會使反應堆一回路的自然循環中斷？答：自然循環的建立是依靠驅動壓頭克服了回路內上升段和下降段的壓降而產生的，如果驅動壓頭不足以克服上述壓降，自然循環就要停止。可能原因：上升段和下降段的摩擦壓降和局部壓降太大。上升段和下降段之間流體的密度差不夠大。可能由于蒸汽發生器二次側冷卻能力過強。如果二次側冷卻能力過強（流量很大、溫度低），很快地把一次側的水

16、溫在在倒U形管上升段內降下來，與下降段的水溫相差甚少時，驅動壓頭就降低很多，使自然循環能力減小，甚至中斷。自然循環必須是在一個流體連續流動的回路（或容器）中進行，如果中間隔斷了，就不能形成自然循環。例如堆芯中產生了汽體，并積存在壓力殼的上腔室，使熱段出水管口裸露出水面，形不成一個流通回路，自然循環就中斷。還有如果在蒸汽發生器的倒U管頂部積存了較多的汽體，驅動壓頭又不能使倒U形管上升段中的水（或水汽混合物）沖過去趕走積存的汽體，自然循環也要停止下來。3-19、什么是臨界流（或臨界流動），臨界流量，臨界流速？答：當流體自系統中流出的速率不再受下游壓力下降的影響時，這種流動就稱為臨界流，此時的流量稱

17、為臨界流量，此時的流速稱為臨界流速。3-20、臨界流量的大小取決于上游工況還是下游工況，為什么？ 答：臨界流量的大小取決于上游工況。如果上游容器的壓力保持不變，并且假設容器中的流體溫度和比容也都是定值，當外問題壓力即背壓下降到低于容器中的流體壓力時，流體便從通道內向外流出，并在通道內自至通道出口壓力之間建立起一個壓力梯度，這時的等于。當進一步降低時，也隨之下降，并且其值等于變化后的，出口流速也相應增大；這個關系一直保持到某一個值，在該值下通道出口處流體的速度等于該處溫度和壓力下的聲速為止。此后，進一步降低，出口截面處流速不會再加大，也不會再降低。事實上由公式也可以說明，臨界流量為，其中為上游滯

18、止壓力，為滯止溫度、滯止壓力下的比容。所以臨界流量取決于上游工況。4-1、壓水動力堆設計中規定的穩態熱工設計準則是什么？答：目前壓水動力堆設計中所規定的穩態熱工準則，一般有以下幾點：燃料元件外表面不允許發生沸騰臨界。燃料元件芯塊最高溫度應低于熔化溫度。在穩態額定工況時，要求在計算的最大熱力功率情況下，不發生流動不穩定性。正常工況下，燃料元件和堆內構件能得到充分冷卻，事故工況下，能夠提供足夠的冷卻劑以排出堆芯余熱。4-2、什么是平均管，什么是熱管？答：平均管是以名義尺寸設計的具有平均熱流密度的假想通道。熱管是堆芯內具有最大焓升的燃料冷卻劑通道。4-3、什么是熱管因子，什么是熱點因子？他們分別又由哪些部分組成？答：熱管因子是堆芯熱管最大焓升與堆芯名義最大焓升的比值；熱點因子是堆芯熱點最大熱流量與堆芯名義最大熱