燃料元件傳熱分析ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-28 12:08 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ics 35 燃料棒結(jié)構(gòu)圖 Reactor Thermal Hydraulics 36 燃料棒溫度分布圖 Reactor Thermal Hydraulics 37 二、棒狀元件的傳熱計(jì)算 – 芯塊中心 ? 芯塊表面 ——定常熱導(dǎo)率法 ?tu = t０ ? tu 傳熱模型：帶內(nèi)熱源的圓柱體導(dǎo)熱 – 芯塊表面 ? 包殼內(nèi)表面 ?tg = tu? tci 傳熱模型： 間隙導(dǎo)熱 – 包殼內(nèi)表面 ? 包殼外表面 ?tw = tci? tw 傳熱模型： 圓筒壁導(dǎo)熱 – 包殼外表面 ? 冷卻劑 ?tf = tw? tf 傳熱模型： 對(duì)流換熱 t0 tu tci tw tf ru t0 = tf + ?tu + ?tg + ?tw + ?tf Reactor Thermal Hydraulics 38 芯塊中心 ?芯塊表面 dt qv? r2l = ? ku ?? 2? rl dr 0 0 2uutr vtuqrd t d rk???? dt(r) qvr ?? = ? ?? dr 2ku qvru2 qs,uru ql ? ?tu = t0 ? tu = ?? = ?? = ?? 4k u 2ku 4?ku ql=2πruqs,u= ? ru2qv r l t(r) z ru Reactor Thermal Hydraulics 燃料元件的傳熱計(jì)算 板狀元件的傳熱及橫截面上的溫度分布 一、假設(shè)條件 只討論穩(wěn)態(tài)傳熱問(wèn)題 一維導(dǎo)熱問(wèn)題。 每一小段芯塊內(nèi)的 k和 qv 為常數(shù)。 包殼和冷卻劑內(nèi)不釋熱；所有材料為常物性。 不考慮氣隙熱阻。 Reactor Thermal Hydraulics 40 燃料元件的傳熱計(jì)算 二、燃料芯塊內(nèi)的導(dǎo)熱及溫度分布 圖 ，其周?chē)鸀槔鋮s劑。坐標(biāo)原點(diǎn)取在 燃料芯塊的中分面上。燃料芯塊半厚度為 s，熱導(dǎo)率為 ku。由于燃料芯塊是對(duì)稱(chēng)的，因此 2222 2 21 vuqT T T Ta x y z k? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?????我們只需處理 x＞ 0的半塊就可以了。按上述假設(shè)條件燃料芯塊的導(dǎo)熱屬于有內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。由式 ()可以寫(xiě)出在燃料芯塊內(nèi)的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程 (泊松方程 ) ? ? ? ?2 2 0 0 7 . 7 2vuqdT xsd x k? ? ? ?Reactor Thermal Hydraulics 41 燃料元件的傳熱計(jì)算 ()式積分兩次可得 利用邊界條件確定積分常數(shù) C1和 C2 0 1 2 00000,xxdTdx C C TTT????? ? ? ?????于是板狀燃料元件芯塊內(nèi)的溫度分布函數(shù)為： ? ? 20 2 vuqT x T xk??通過(guò) x=s處表面積 A上單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)出的總熱量 qs可根據(jù)傅里葉 定律求得： 20 2vs u u vxs u xsqd T dQ k F k F T x q F sd x d x k? ???? ? ? ? ? ?????燃料表面溫度 20 ( 1 )2vuuqT T sk??根據(jù)（ 1）式可得 Qs的另一表達(dá)式 ? ?0 0 0222u u usuuuT T T T T TQ k FssRkF? ? ?? ? ?2122 vuqT x C x Ck? ? ? ?Reactor Thermal Hydraulics 燃料元件的傳熱計(jì)算 棒狀元件的傳熱及橫截面上的溫度分布 一、假設(shè)條件（與上節(jié)相同） Reactor Thermal Hydraulics 43 二、燃料芯塊內(nèi)的導(dǎo)熱及溫度分布 圖 ，其周?chē)鸀槔鋮s劑。坐標(biāo)原點(diǎn)取在燃料芯塊的 中心上。燃料芯塊半徑為 a，熱導(dǎo)率為 ku。包殼厚度為 c，熱導(dǎo)率為 kw。軸向長(zhǎng)度為 L，按 上述假設(shè)條件燃料芯塊的導(dǎo)熱屬于有內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。 可以寫(xiě)出在燃料芯塊內(nèi)的 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程 (泊松方程 ) ? ? ? ?2 2 1 0 0 7 . 9 7vuqd T d T rad r r d r k? ? ? ? ?燃料元件的傳熱計(jì)算 Reactor Thermal Hydraulics 44 ()式積分兩次可得 利用邊界條件確定積分常數(shù) C1和 C2 0 1 2 00000,rrdTdr C C TTT????? ? ? ?????于是棒狀燃料元件芯塊內(nèi)的溫度分布函數(shù)為： ? ?20 4 vuqT r T rk??通過(guò) r=a處表面積 F上單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)出的總熱量 Qa可根據(jù)傅里葉 定律求得： 2202 4va u u vra u raqd T dQ k F k r L T r q a Ld r d r k??? ???? ? ? ? ? ?????燃料表面溫度 20 ( 5 )4vuuqT T ak??根據(jù)（ 5）式可得 Qa的另一表達(dá)式 ? ?0004 ( ) 62uua u uuuaT T T TQ k L T Ta RkF? ??? ? ? ?212ln4 vuqT r C r Ck? ? ? ?燃料元件的傳熱計(jì)算 Reactor Thermal Hydraulics 45 芯塊表面 ?包殼內(nèi)表面 棒狀元件的陶瓷芯塊與鋯合金包殼之間存間隙，在間隙內(nèi)有氦與裂變氣體氪、氙等。氣體的熱導(dǎo)率很低，并且隨著燃耗的加深，氣體裂變產(chǎn)物所占的份額將增加，氣隙熱導(dǎo)率將進(jìn)一步降低。因此，即使氣隙的熱態(tài)間隙很小，氣隙的徑向溫差也可高達(dá)攝氏幾百度。這就是說(shuō)，棒狀元件的氣隙熱阻是不能忽略的。在初步計(jì)算時(shí)，可將運(yùn)行初期燃料棒的氣隙看作是一個(gè)很薄的無(wú)內(nèi)熱源的氣體同心環(huán)，并忽略環(huán)內(nèi)的對(duì)流與輻射傳熱作用，只按氣體導(dǎo)熱問(wèn)題處理（ 氣體導(dǎo)熱模型 ）。運(yùn)行一定時(shí)間后，由于芯塊龜裂和腫脹，芯塊與包殼接觸，此時(shí)應(yīng)按接觸熱導(dǎo)處理（ 接觸導(dǎo)熱模型 ）。 Reactor Thermal Hydraulics 46 t0 tu tci tw tf ru ? ?ln2ciugg u c i g g ggguddt t t Q R R kld k l???? ??? ??????? ? ? ? ? ?????圓 筒（ 平 板 ）氣隙導(dǎo)熱模型： 芯塊表面 ?包殼內(nèi)表面 Reactor Thermal Hydraulics 47 接觸導(dǎo)熱模型 ： qs,g = αg ( tu? tci ) qs,g ql ? ?tg =tutci= ?? = ???? αg ? duαg 式中 du為芯塊直徑 。 αg稱(chēng)為等效換熱系數(shù) ， 它與間隙大小 、 氣體性質(zhì) 、 芯塊與包殼接觸程度
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