热工水力课程设计

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1、 热工水力课程设计报告 姓名： 学号： 专业：核工程与核技术 指导老师： 一、一、热工水力设计概述热工水力设计概述 反应堆热工设计的任务就是要设计一个既安全可靠又经济的堆芯输热系统。 对于反应堆热工设计，尤其是对动力堆，最基本的要求是安全。要求在整个寿期 内能够长期稳定运行，并能适应启动、功率调节和停堆等功率变化，要保证在一 般事故工况下堆芯不会遭到破坏，甚至在最严重的工况下，也要保证堆芯的放射 性物质不扩散到周围环境中去。要使反应堆安全，对于堆芯设计的要求有：1 堆 芯功率分布应尽量均匀， 以便使堆芯铀最大的功率输出 2 尽量减少堆内不必要的 中子吸收材料，以提高中子经济性 3 有最佳的冷却

2、剂流量分配和最小的流 动阻 力。 反应堆热工设计的涉及面很广，它不但与反应堆本体的其他方面诸如堆物 理、堆结构、堆材料和堆控制等的设计有关，而且还和一、二回路系统的设计有 着密切的联系。反应堆热工设计所要解决的具体问题，就是要在堆型和进行热工 所必须的条件已定的前提下，通过一系列的热工水力计算和一、二回路热工参数 最优选择， 确定在额定功率下为满足反应堆安全要求所必须的堆芯燃料元件的总 传热面积、燃料元件的几何尺寸以及冷却剂的流速（流量） 、温度和压力等，使 堆芯在热工方面具有较高的技术经济指标。 在进行反应堆热工设计之前，首先要了解并确定的前提为： （1）根据所设计堆的用途和特殊要求（如尺寸

3、、重量等的限制）选定堆型， 确定所用的核燃料、冷却剂、慢化剂和结构材料等的种类； （2）反应堆的热功率、 堆芯功率分布不均匀系数和水铀比允许的变化范围； （3）燃料元件的形状、它在堆芯内的分布方式以及栅距允许变化的范围； （4）二回路对一回路冷却剂热工参数的要求； （5）冷却剂流过堆芯的流程以及堆芯进口处冷却剂流量的分配情况。 在设计反应堆冷却系统时， 为了保证反应堆运行安全可靠， 针对不同的堆型， 预先规定了热工设计必须遵守的要求，这些要求通常就称为堆的热工设计准则， 反应堆在整个运行寿期内，不论是处于稳态工况，还是处于预期的事故工况，它 的热工参数都必须满足这个热工设计准则。堆的热工设计准

4、则，不但是堆的热工 设计依据，而且也是安全保护系统设计的原始条件；除此之外，它还是制定安全 运行规程的出发点。热工设计准则的内容，不但随堆型而不同，而且随着科学技 术的发展、堆设计与运行经验的积累以及堆用材料性能和加工工艺的改进而变 化。以压水动力堆为例，目前压水动力堆设计中所规定的稳态热工设计准则，一 般有以下几点： （1）燃料元件芯块内最高应低于其他相应燃耗下的熔化温度； （2）燃料元件外表面不允许发生沸腾临界； （3）必须保证正常运行工况下燃料元件和堆内构件得到充分冷却；在事故 工况下能提供足够的冷却剂以排除堆芯余热； （4）在稳态额定工况和可预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳定性。

5、在热工设计中，通常是通过平均通道（平均管）可以估算堆芯的总功率，而 热通道（热管）则是堆芯中轴向功率最高的通道，通过它确定堆芯功率的上限， 热点是堆芯中温度最高的点，代表堆芯热量密度最大的点，通过这个点来确定 DNBR 二、二、设计目的设计目的 通过本课程设计，达到以下目的： 1、深入理解压水堆热工设计准则； 2、深入理解単通道模型的基本概念、 基本原理。 包括了平均通道 （平均管） 、 热通道（热管） 、热点等在反应堆设计中的应用； 3、掌握堆芯焓场的计算并求出体现在反应堆安全性的主要参数：烧毁比 DNBR，最小烧毁比 MDNBR，燃料元件中心温度及其最高温度，包壳表面温度 及其最高温度等；

6、 4、求出体现反应堆先进性的主要参数：堆芯流量功率比，堆芯功率密度， 燃料元件平均热流密度（热通量） ，最大热流密度，冷却剂平均流速，冷却剂出 口温度等； 5、通过本课程设计，掌握压水堆热工校核的具体工具； 6、掌握压降的计算； 7、掌握单相及沸腾时的传热计算。 三、三、设计任务设计任务 某压水反应堆的冷却剂和慢化剂都是水，用二氧化铀作燃料， Zr-4 作燃料包 壳材料。燃料组件无盒壁，燃料元件为棒状，正方形排列，已知以下参数： 系统压力 P 15.8MPa 堆芯输出个功率 Nt 1820MW 冷却剂总流量 W 32100t/h 反应堆进口温度 fin 287 堆芯高度 L 3.66m 燃料组件数 m 121 燃料组件形式 n0 x n0 17 x 17 每个组件燃料棒数 n 265 燃料包壳外径 dcs 9.5mm 燃料包壳内径 dci 8.60mm 燃料