核反应堆热工水力课程设计报告

----word.zl-一、设计要求在设计反响堆冷却系统时，为了保证反响堆运行平安可靠，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那么。目前压水动力堆设计中所规定的稳态热工设计准那么，一般有以下几点：燃料元件芯块最高应低于其他相应燃耗下的熔化温度；燃料元件外外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 不允许发生沸腾临界；必须保证正常运行工况下燃料元件和堆构件得到充分冷却；在事故工况下能提供足够的冷却剂以排除堆芯余热；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。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〕那么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、设计任务某压水反响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，以下参数：系统压力P15.8MPa堆芯输出热功率Nt1820MW冷却剂总流量W32500t/h反响堆进口温度tfin287℃堆芯高度L3.60m燃料组件数m121燃料组件形式n0×n017×17每个组件燃料棒数n265燃料包壳外径dcs9.5mm燃料包壳径dci8.6mm燃料包壳厚度δc0.57mm燃料芯块直径du8.19mm燃料棒间距〔栅距〕s12.6mm两个组件间的水隙δ0.8mmUO2芯块密度ρUO295%理论密度旁流系数ζ5%燃料元件发热占总发热份额Fa97.4%径向核热管因子QUOTE1.33轴向核热管因子QUOTE1.520热流量核热点因子QUOTE=QUOTEQUOTE2.022热流量 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 热点因子QUOTE1.03焓升工程热点因子QUOTE(未计入交混因子)1.142交混因子QUOTE0.95焓升核热管因子QUOTE=QUOTE1.085堆芯进口局部阻力系数Kin0.75堆芯出口局部阻力系数Kout1.0堆芯定位格架阻力系数Kgr1.05假设将堆芯自下而上分为3个控制体，其轴向归一化功率分布见下表：表堆芯归一化功率分布〔轴向等分3个控制体〕自下而上控制体号123456归一化功率分布0.481.021.501.560.960.48通过计算，得出：1.堆芯流体出口温度；2.燃料棒外表平均热流密度以及最大热流密度，平均线功率，最大线功率；3.热管的流体温度〔或焓〕、包壳外表温度、芯块中心温度随轴向的分布；4.包壳外表最高温度，芯块中心最高温度；5.DNBR在轴向上的变化；6.计算堆芯压降设计正文〔详细的计算过程、计算结果及分析〕1.计算过程1.1堆芯流体出口温度〔平均管〕QUOTE按流体平均温度QUOTE以及压力由表中查得。假设QUOTE，查表得QUOTE经过输入所查QUOTE程序不断迭代得QUOTE误差小于0.5QUOTE。如需更准确的值，可以继续进展迭代计算。1.2燃料外表平均热流密度QUOTE式中QUOTE为堆芯燃料棒的总传热面积代入数据得燃料棒外表最大热流密度qmax代入数据得燃料棒平均线功率QUOTE代入数据得燃料棒最大线功率QUOTE代入数据得1.3平均管的情况平均管的流速V式中QUOTE堆芯总流通面积QUOTE为燃料组件正方形排列时的每一排〔列〕的燃料元件数QUOTE由压力以及流体的平均温度QUOTE查表得到:由1.1知QUOTE，查表得QUOTE1.4为简化计算起见，假定热管的流体流速Vh和平均管的V一样。同样，热管四根燃料元件组成的单元通道的流量代入数据得1.5热管中的计算〔按一个单元通道计算〕〔1〕热管中的流体温度其中QUOTE取平均温度对应的参数值，需要进展迭代计算，下面给出第一控制体出口处温度的算法假设QUOTE,查表得QUOTE,带入上式与假设误差较大，进展迭代，查表知QUOTE误差QUOTE，可以不再进展迭代，就取QUOTE同理由程序迭代可求得第二控制体出口处流体温度QUOTE第三控制体出口处流体温度QUOTE第四控制体出口处流体温度QUOTE第五控制体出口处流体温度QUOTE第六控制体出口处流体温度QUOTE(2)第一个控制体出口处的包壳外壁温度式中：h(z)为单相水强迫对流换热系数QUOTE，可以利用以下公式来求所以式中流体的λ、μ和Pr数根据流体的压力和温度由表查得。如果流体已经到达过冷沸腾，用Jens-Lottes公式：其中QUOTE为气体的饱和温度，p的单位为MPa，QUOTE当QUOTE时，用前面的式子当QUOTE时，用QUOTE替换掉QUOTE代入数据得第一控制体出口处QUOTE，查表可得QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE故其余同理由程序计算得出结果如下第二控制体出口处QUOTE，查表可得QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE故第三控制体出口处QUOTE，查表可得QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE故第四控制体出口处QUOTE，查表可得QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE故第五控制体出口处QUOTE，查表可得QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE故第六控制体出口处QUOTE，查表可得QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE故〔3〕包壳壁温度式中Zr-4的QUOTE代入数据得：由于QUOTE与平均温度有关，由程序迭代计算结果如下第一控制体出口处QUOTE第二控制体出口处QUOTE第三控制体出口处QUOTE第四控制体出口处QUOTE第五控制体出口处QUOTE第六控制体出口处QUOTE(4)燃料芯块外外表温度式中QUOTE是包壳与芯块间的气隙等效传热系数，这里取QUOTE代入数据得第一个控制体出口处第二个控制体出口处第三个控制体出口处第四个控制体出口处第五个控制体出口处第六个控制体出口处(5)燃料芯块中心温度用积分热导求解的方法，即其中QUOTE代入数据得令QUOTE由于函数递增，可以通过二分法求解f(x)的根得出二氧化铀中心温度通过编程可求得结果如下第一控制体出口处QUOTE第二控制体出口处QUOTE第三控制体出口处QUOTE第四控制体出口处QUOTE第五控制体出口处QUOTE第六控制体出口处QUOTE1.6热管中的QUOTE用w-3公式计算，同样对3个控制体都算式中：p为冷却剂工作压力〔Pa〕，G为冷却剂质量流密度QUOTE,QUOTE为冷却剂通道的当量直径〔m〕,QUOTE为冷却剂的饱和比焓〔J/kg〕,QUOTE为控制体进口处冷却剂的比焓〔J/kg〕,QUOTE为计算点z处的平衡含气量，QUOTE为其绝对值。平衡含气量QUOTE的计算式为其中QUOTE为汽化潜热〔J/kg〕。QUOTEQUOTEQUOTE通过程序计算得出结果如下第一控制体出口处第二控制体出口处第三控制体出口处第四控制体出口处第五控制体出口处第六控制体出口处1.7DNBR的计算第一控制体出口处同理可求其余段DNBR，结果如下：第二控制体出口处第三控制体出口处第四控制体出口处第五控制体出口处第六控制体出口处1.8计算热管中的压降单相流体的摩擦压降式中：使用公式编程分别计算六段控制体的摩擦压降单相流体加速压降：同样使用公式编程分别计算六段控制体的加速压降单相流体提升压降同上局部压降，出口：代入数据得局部压降，进口：代入数据得局部压降，定位格架出口压降代入数据得以上所使用的比热容和动力粘度都通过软件查询后输入代码中进展计算。通过程序计算结果如下分段压降变化控制体123456提升压降/QUOTEpa4.3974.3164.1733.9843.8133.708摩擦压降/QUOTEpa1.0030.9350.4500.4450.4390.435加速压降//QUOTEpa0.1170.2690.4530.5650.4120.228总压降为2.计算总结温度汇总表控制段控制体外流体出口温度/℃包壳外外表温度℃包壳外表温度芯块外表温度芯块中心温度1291.69303.51313.13384.03568.792301.3326.15346.26492.83974.833314.86348.41377.54593.091383.574327.70348.43378.72602.891430.385334.89348.19366.89504.84958.776338.22347.90357.27426.25619.90临界热流密度和烧毁比汇总控制体123456临界热流密度QUOTE5.2444.7313.8973.1092.6242.388烧毁比15.0776.403.5852.7503.7226.864单从表数据看，DNBR都大于1，芯块中心温度小于二氧化铀的熔点2878℃，所以理论上能够保证平安性。四、课程设计感想通过这次反响堆热工分析的课程设计，我加深了对反响堆部传热的了解，同时我发发现了自己的很多缺乏之处。拿到课程设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目后，我首先根据题目中的问题去复习热工分析的知识，去了解每个问题该怎么算。然后将计算思路和公式写出来，为下一步的编程做准备。由于大局部的求解都是非线性的方程，所以采用了迭代和二分法求解方程。当把整个问题的求解思路理清和确定计算过程中使用算法后，整个问题就在水和水蒸气热物性如何导入上了。在最开场，我使用通过一定的数据去拟合用到的热物性在定压下与温度的关系。但在拟合之后，通过得出的结果与接用水和水蒸气热物性查询软件得出的结果有一点差距，所以就放弃了。然后，我想将网上通过水和蒸汽热力性质公式IAPWS_IF97计算的源码做成接口，在计算过程中直接用它计算热物性。后来，发现太难，源码有很多地方看不懂，不知道如何接入。于是最终也放弃了。后来就采用了最原始的方法，就是在计算的过程中，通过水和水蒸气热物性查询软件查出结果，一步一步输进去。最后使用程序计算时，在输入参数时耗时太久，我深深的感受到书到用处方恨少，如果原来，把编程多学一点，将整个数据导入直接通过动态库完成，就省事太多。这次课设让我把原来学的编程与实际问题结合起来，给我很大感触，原来敲着书上的例子，感觉漫无目的。通过这次自己去思考如何解决一个问题，让我理解了拿到一个问题后，该如何处理。同时通过这次课设，我意识到反响堆热工分析是个复杂而连续的过程，每个参数都受到大量的常数参数的影响也具有很多的修正因子。我们不应该根据自己的常识来判断数据的变化情况，相反地我们应该随时坚持以数据计算为引导，以实验作为验证。仔细客观认真地分析堆数据的变化，并且对堆数据进展全程监控，防止堆数据随时变化，对反响堆的危害性。附录〔设计流程图、程序〕程序 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 共7个程序由c语言编写，分别为计算流体出口温度，控制体出口流体温度，燃料包壳外壁温度，燃料包壳壁温度，二氧化铀中心温度，qDNB,压降。使用了迭代和二分法求解局部非线性方程。〔1〕堆芯出口温度计算：此段根据任务书给出的根本参数和热量与流量之间关系，运用迭代的算法，求出堆芯的出口温度。〔2〕第一至第六控制体的各量计算：因为六个控制体的计算过程类似，这里只说明第一个控制体的计算过程。在现有的参数下，根据热流量与流量的关系和迭代算法，求出该控制体的出口温度。通过流通截面积与湿周的关系求出栅元的当量直径。再根据上面的温度，查出对应的热物性参数由雷诺数与努尔数的关系，解出控制体出口处的对流换热系数。因为不知该处的流体状态，分别用单相强迫对流放热公式和詹斯-洛特斯传热方程算出各自的膜温压，取较小的值加上出口处的流体温度即是包壳的外外表温度。由包壳的外外表的温度再根据圆管的传热方程运用迭代算法解出包壳外表的温度。芯块与包壳外表之间的导热问题，根据间隙导热模型，即可解出芯块外表的温度，根据热源的导热模型，依据积分热导率与温度的对应关系列出方程用二分法解出芯块中心的温度。接下来依据冷却剂的温度，得出的控制体出口处的含汽量。进而依据W-3公式求出该出的临界热流量qDNB，最后得出该出的烧毁比DNBR。〔3〕热管的压降计算：热管的压降包括摩擦压降、提升压降、进出口局部压降、定位搁架出口压降。摩擦压降可由计算单相流的达西〔Darcy〕公式算得。提升压降可由根据位置的变化算得，其中参数都取平均值。其余的压降根据形阻压降的根本公式再乘以相应的系数求得。最后各项相加得出热管的总压降。2、流程图开场读输入参数计算有关堆参数估算控制体出口温度tf计算控制体出口温度θQUOTE|<0.001重估tf否计算该处含汽量是计算包壳外外表温度根据W-3算临界热流包壳内外表温度芯块外表温度计算烧毁比芯块中心温度打印输出值停机2、程序//3.1.cpp:定义控制台应用程序的入口点。//流体出口温度迭代计算#include"stdafx.h"#include#includeusingnamespacestd;doubletfout(doublecp,doubleatfout){doubletfin=287,Fa=0.974,Nt=1820,W=32500,plxs=0.05,tfout;tfout=tfin+3600*Fa*Nt/(W*cp*(1-plxs));returntfout;}intmain(){doubleatfout,tfin=287,tav,cp,tfoutc=0;intpanding=1;printf("请输入假设出口温度\n");cin>>atfout;while(panding>=1){tav=(atfout+tfin)/2;printf("请输入%f下的Cp\n",tav);cin>>cp;tfoutc=tfout(cp,atfout);if(fabs(tfoutc-atfout)<=0.5)panding=0;atfout=tfoutc;}printf("出口温度为%f\n",tfoutc);while(true){}}//3.3.1热管流体温度计算#include"stdafx.h"#include#includeusingnamespacestd;doubleffout(doubletfin,doubleatfout){doubleqav,fnr=1.33,feh=1.03,fehm=0.95,dcs=9.5,gyh,cp,wh,l=3.60,tfout;boolpanding=true;cout<<"请输入平均热流密度〔W/m*m〕"<>qav;cout<<"请输入归一化参数"<>gyh;cout<<"请输入热管单元通道流量Wh〔t/h〕"<>wh;while(panding){doubletav=(atfout+tfin)/2;cout<<"请输入"<>cp;tfout=tfin+3.6*(qav*fnr*feh*fehm*3.14*dcs*gyh*l/6)/(wh*cp*1000);if(fabs(tfout-atfout)<=0.5)panding=false;atfout=tfout;}returntfout;}intmain(){doubletfin,atfout,tfout;cout<<"请输入流体进口温度"<>tfin;cout<<"请输入流体假设流体出口温度"<>atfout;tfout=ffout(tfin,atfout);cout<>pr[i];cout<<"请输入"<>drxs[i];cout<<"请输入"<>dlnd[i];f1[i]=2.25*pow(10,4)*gyhcs[i]*pow(dlnd[i],0.8)/(drxs[i]*pow(pr[i],0.4));f2[i]=346.38+1.83*pow(gyhcs[i],0.25)-tfout[i];if(f1[i]>f2[i])f[i]=f2[i];elsef[i]=f1[i];cout<<"θf1="<>gyhcs;cout<<"请输入平均线功率，单位w/m"<>q;while(panding){tav=(tcs+atci)/2;kc=0.00547*(1.8*tav+32)+13.8;tci=tcs+log(dcs/dci)*(q*frn*feq*gyhcs)/(2*3.14*kc);if(tci-atci<=0.5)panding=false;atci=tci;}returntci;}intmain(){doubletcs,tci,atci;cout<<"请输入外壁温度℃"<>tcs;cout<<"请输入壁假设温度℃"<>atci;tci=ftci(tcs,atci);cout<usingnamespacestd;doublef1(doublet){doublefout;fout=38.24*log((t+402.55)/402.55)+4.788*pow(10,-13)*(pow((t+273.15),4)-pow(273.15,4));returnfout;}doublef2(doubletci,doubleatu){doubletu,fnr=1.33,feq=1.03,gyhcs,q,tmid,jieguo;boolpanding=true;cout<<"请输入归一化参数"<>gyhcs;cout<<"请输入线热流密度/w"<>q;if((f1(atu)-f1(tci)-(q*fnr*feq*gyhcs)/(4*314))>0){tu=tci;panding=false;}while(panding){if((f1(atu)-f1(tci)-(q*fnr*feq*gyhcs)/(4*314))>0){panding=false;tu=atu-100;}elseatu=atu+100;}while(atu-tu>0.0000001){tmid=(atu+tu)/2;jieguo=f1(tmid)-f1(tci)-(q*fnr*feq*gyhcs)/(4*314);if(jieguo==0)tu=tmid;elseif(jieguo>0)atu=tmid;elsetu=tmid;}returntu;}intmain(){doubletci,atu,tu;cout<<"请输入燃料芯块外壁温度/℃"<>tci;cout<<"请输入假设二氧化铀中心温度/℃"<>atu;tu=f2(tci,atu);cout<>hfout[i];cout<<"请输入第"<>hfin[i];cout<<"请输入第"<>gyhcs[i];}cout<<"请输入15.8MPa下的冷却剂的饱和比焓〔J/kg〕"<>hfs;cout<<"请输入15.8MPa下的冷却剂的汽化潜热〔J/kg〕"<>hfg;cout<<"请输入热管中冷却剂质量流量密度[kg/(m*m*h)]"<>g;cout<<"请输入线热流密度(W/m*m*m)"<>q;for(i=0;i<6;i++){qDNB[i]=fqDNB(hfout[i],hfin[i],hfs,hfg,g,dlzj);DNBR[i]=qDNB[i]/(q*fqe*frn*gyhcs[i]);cout<<"第"<