核反应堆热工分析deqichen321@gmail 第三章堆内的传热过程 主要内容
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3.6.1 热量的传输方式
儿童画写板1. 反应堆内热量的输出过程
堆内的热源来自核燃料的裂变，要把堆芯裂变产生的热量输出到堆外，需依次经过燃料元件内的导热、元件壁面与冷却剂之间的对流换热和冷却剂将热量输送到堆外的输热等三个过程。
燃料元件内的导热
元件壁面与冷却剂间的对流换热
冷却剂将热量输送到堆外的输热
2
核反应堆热工分析deqichen321@gmail 3.6.1 热量的传输方式
•传热的三种基本形式
1. 反应堆内热量的输出过程
（2）热对流（对流换热）：随着流体不同部分的相对位移，把热量从一处带到另一处的现象，热对流与流体的流动有关。（包壳外表面与冷却剂之间的传热）
Newton 冷却定律
)
(f cs t t A h Q −=（3）热辐射（辐射换热）：物体通过电磁波传热的方式，常温下起的作用不大，高温时起重要作用。
（如失水事故时堆芯裸露，燃料元件温度升得很高时，就要考虑热辐射的作用） 4
0AT Q εσ=Steffen-Boltzmann 定律
（1）热传导（导热）：有温差的物体的各部分直接接触而产生的热量传递现象。（燃料芯块、包壳）
x
d t d A
Q κ−=一维热传导的Fourier 定律
3deqichen321@gmail
3.6.1 t u
t ci t cs
气隙
4
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1) 燃料芯块的温度分布2. 燃料元件的导热过程
热导率是温度的函数Î积分热导率
9第一种定常热导率法
9第三种方法是应用所谓积分热导率的方法
∫−=
2
1
121t t t
d t t κκ9第二种方法是用某一温度范围内平均
u
l
u o q t t κπ41=−燃料芯块：τ
α∂∂⋅=+
∇t k q t v 125
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3.6.1 deqichen321@gmail 3.1 deqichen321@gmail
3.6.1 间隙热导率
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4) 气体间隙的温度分布2. 燃料元件的导热过程
9气隙导热模型间隙热导率
气隙气体：He Æ运行一段时间
ÆHe+Kr+Xe Æ混合气体热导率方法；惰性气体的热导率（热力学温标）：
1
1B T
羟乙基纤维素钠A =λ气体混合物热导率
∑
=Σ=
1
3131i i i i i i m g M M X λ
λλ//,X: 气体份额；M ：气体分子量
海洋浮标9
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3.6.1 deqichen321@gmail 3.6.1 燃料元件
组合式桥架
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3.6.2 ；
燃料元件
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核反应堆热工分析deqichen321@gmail 典型的温度分布示意图
t f,in
3.6.2 燃料元件的传热计算
传热过程的总结：
1. 总体传热过程
u ci g l
ci u r r q t t ln 2κπ=
−气隙：ci
cs c
l cs ci r r q t t ln 2κπ=
−包壳：l
l f cs F z h z q z t z t )()()()(=
−−冷却剂：包壳u
l
u o q t t κπ41=−燃料芯块：p
in f f Wc z Q t z t )()(,=
−冷却剂温升：设计计算方向
13deqichen321@gmail
3.6.2 燃料芯块的中心温度分面t o (z )。
deqichen321@gmail 3.6.2 燃料元件
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3.6.2 t f (z)
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核反应堆热工分析deqichen321@gmail 3.6.2 燃料元件的传热计算
2）包壳外表面温度t cs (z )的计算
2. 棒状燃料元件的传热计算
根据对流换热方程求t cs (z )，有：
h
d q t t cs l f cs f πθ)0()0()0()0(=
−=ΔRe
Re Re ,cos )0()(sin )0(2)(L z
L z Wc L q t t z t f p l f
in f cs πθππΔ++Δ+=其中
)
()
()()
()()()(z h d z q z h z q z t z t z cs l
w
f cs f πθ==−=Δ17deqichen321@gmail
t f (z)t cs (z)
3.6.2 膜温压
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deqichen321@gmail 3.6.2 deqichen321@gmail
3.6.2
核反应堆热工分析deqichen321@gmail 典型的温度分布示意图
t f,in
3.6.2 燃料元件的传热计算
5）燃料芯块中心温度t o (z ) 的计算
2. 棒状燃料元件的传热计算
Re
cos
)0()()(L z z t z t u u o πθΔ+=其中
()()u
l u o u q t t κπθ4)0(00)0(=
−=Δ21
播放路deqichen321@gmail
3.6.2 deqichen321@gmail 3.6.2 t f (z)
t cs (z)
短程蒸馏器t 0(z)
)]
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典型轻水堆在不同的功率下燃料棒内的温度分布
3.6.2 24
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