燃料元件傳熱分析ppt課件(已修改)
2025-05-13 12:08 本頁(yè)面
【正文】 Reactor Thermal Hydraulics 1 第 三 章 燃料元件傳熱分析 為什么要分析燃料元件的溫度場(chǎng)？ ? 要保證任何情況下不會(huì)發(fā)生燃料元件熔化； ? 由于溫度梯度會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，在燃料芯塊和 ? 結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到； ? 包殼表面與冷卻劑的化學(xué)與溫度有關(guān)； ? 反應(yīng)性與溫度有關(guān)。 Reactor Thermal Hydraulics 2 影響燃料元件內(nèi)溫度分布的因素： ? 燃料的釋熱率 ? 元件組成和包殼材料 ? 冷卻劑的流動(dòng)狀態(tài)及溫度狀態(tài) Reactor Thermal Hydraulics 3 ? 物體內(nèi)部或物體之間存在溫差，就會(huì)產(chǎn)生熱量的傳遞 ? 傳熱基本方式 ? 導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)） ? 對(duì)流 ? 熱輻射 第一節(jié) 傳熱學(xué)基本知識(shí) Reactor Thermal Hydraulics 4 表征傳熱大小的物理量 ? 熱流量 Q – 單位時(shí)間通過(guò)傳熱面的熱量 , W ? 熱流密度 q – 單位時(shí)間通過(guò)單位傳熱面的熱量 , W/m2 Q S 1 m2 q Reactor Thermal Hydraulics 5 導(dǎo) 熱 ? 定義 – 熱量從物體中溫度較高部分傳遞到較低部分，或從溫度較高物體傳遞到與之接觸的溫度較低的另一物體的過(guò)程 ? 機(jī)理 – 氣體 —— 分子相互碰撞 – 金屬 —— 自由電子運(yùn)動(dòng) – 固體 —— 晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng) Reactor Thermal Hydraulics 6 傅立葉定律 dT q = – k —— dx k為 導(dǎo)熱系數(shù) ， W/m℃ 。 它反映了該種物質(zhì)導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱 。 k金屬 ? k液 ? k氣 q x Reactor Thermal Hydraulics 7 通過(guò)平板穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算 如果 k為常數(shù)，則： k ?T q = –– ( T1 – T2 ) = ––––– ? ?／ k ?／ k 稱為 熱阻 ?? T1 T2 dT q = – k—— dx 1qT x Tk? ? ?k Reactor Thermal Hydraulics 8 多層平板穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 T1 T2 ??1 ??2 ?k1 ?k2 2 3 1 3121 2 1 21 2 1 2T T T TTTqk k k k? ? ? ????? ? ??T3 Reactor Thermal Hydraulics 9 圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2dT dTQ k F k r Ldr dr?? ? ? ?ln2 QT r CkL?? ? ?121222112()l n l n2wwwwTTkLQ T TrrkL???? ? ?Reactor Thermal Hydraulics 10 多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 QT Trrk Lrrk Lrrk LWw w??? ?1 42113224332 2 2ln ln ln,? ? ?Reactor Thermal Hydraulics 11 導(dǎo)熱微分方程 uvuvvvkqdxtdkqdrdtrdrtdkqtkqt?????????222222010平板形燃料芯塊：圓柱形燃料芯塊：是導(dǎo)熱率是體積釋熱率，是溫度，是拉普拉斯符，程：有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱微分方Reactor Thermal Hydraulics 12 無(wú)內(nèi)熱源的導(dǎo)熱微分方程 drdtFkQdxdtkqoo????圓筒：平板：Reactor Thermal Hydraulics 13 例題講解 ? 例題 1 一塊厚度 δ＝ 50 mm的平板，兩側(cè)表面分別維持在 tw1=300℃ ， tw2=100 ℃ ，試求下列條件下通過(guò)單位截面積的導(dǎo)熱量：（ 1）材料為銅，導(dǎo)熱系數(shù) k＝ 374 W／ ()； (2)材料為鋼，導(dǎo)熱系數(shù) k＝ ／ (mK)。 Reactor Thermal Hydraulics 14 例題講解 根據(jù)傅立葉定律 （ 1）材料為銅， k＝ 374 W／ ()代入得： （ 2）材料為鋼， k＝ W／ ()代入得： ? ?2101212wwttwwwwdtq k q dx k dtdxq k t tttqk???? ? ? ? ?? ? ??????? ? 623 0 0 1 0 0 1 .4 9 6 1 0 /0 .0 53 7 4 /Kq W mmW m K?? ? ??? ? 523 0 0 1 0 0 1 .4 5 6 1 0 /0 .0 53 6 .3 /Kq W mmW m K?? ? ??Reactor Thermal Hydraulics 15 二、對(duì) 流 換 熱 ? 對(duì)流 – 流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)所引起的熱量傳遞過(guò)程。它僅發(fā)生在流體中，且伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。 ? 對(duì)流換熱 – 流體流過(guò)另一物體表面時(shí)發(fā)生的熱交換過(guò)程。 對(duì)流換熱 = 對(duì)流＋導(dǎo)熱 Reactor Thermal Hydraulics 16 牛頓冷卻公式 q = ? ( tw－ tf ) 研究對(duì)流換熱的基本目的就在于用理論分析或?qū)嶒?yàn)的方法來(lái)得到各種場(chǎng)合下計(jì)算 ?的關(guān)系式。 ?為對(duì)流換熱系數(shù)， W/m2℃ Reactor Thermal Hydraulics 17 影響 ?的因素 ? 流體的性質(zhì)（ ?、 ?、 ?、 cp等） ? 流速和流動(dòng)原因（強(qiáng)迫對(duì)流 /自然對(duì)流） ? 層流或紊流 ? 單相換熱或沸騰換熱 ? 傳熱壁面的形狀、尺寸（如縱掠平板、外掠 圓管、管內(nèi)流動(dòng)） Reactor Thermal Hydraulics 18 對(duì)流換熱類型 單相流體對(duì)流傳熱 兩相流體對(duì)流傳熱沸 騰 冷 凝強(qiáng)迫對(duì)流傳熱自然對(duì)流傳熱池式沸騰泡核沸騰過(guò)渡沸騰膜態(tài)沸騰滴狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)流動(dòng)沸騰泡核沸騰過(guò)渡沸騰膜態(tài)沸騰通過(guò)液膜的強(qiáng)迫對(duì)流缺液區(qū)傳熱Reactor Thermal Hydraulics 19 例題 2： 在一次測(cè)定空氣橫向流過(guò)單根圓管的對(duì)流 換熱試驗(yàn)中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度 tw＝ 69℃ ， 空氣溫度 tf＝ 20℃ ，管子外徑 d=14mm，加熱段長(zhǎng) 80 mm，輸入加熱段的功率為 。如果全部熱量通過(guò) 對(duì)流換熱傳給空氣，試問(wèn)此時(shí)的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠? 系數(shù)為多大 ? 例題講解 Reactor Thermal Hydraulics 20 例題講解 ? 根據(jù)牛頓冷卻公式： ? ?? ? ? ?228 . 53 . 1 4 0 . 0 1 4 0 . 0 8 6 9 2 04 9 . 3 /wfwfQ F t tQWmKF t
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