反应堆热工水力学作业参考答案
第一章 绪论
1-2、二氧化铀的熔点、密度、热导率、比热的特性如何？
答：未经辐射的二氧化铀熔点的比较精确的测定值为C。辐射以后，随着固相裂变产物的积累，二氧化铀的熔点会有所下降，燃耗越深，下降得越多。熔点随燃耗增加而下降的数值约为：燃耗每增加10000兆瓦·日/吨铀，熔点下降32°C。
二氧化铀的理论密度为10.98，但实际制造出来的二氧化铀，由于存在孔隙，还达不到这个数值。加工方法不同，所得到的二氧化铀制品的密度也就不一样。
热导率：①未经辐照的二氧化铀，可以粗略的认为，温度在1600°C以下，热导率随着温度的升高而减小，超过1600°C，二氧化铀的热导率则随着温度的升高而又有某种程度的增大。②辐照对二氧化铀热导率的影响总的趋势是：热导率随着燃耗的增加而减小。应该指出二氧化铀热导率的影响与辐照时的温度有着密切的关系，大体来说，温度低于500°C时，辐照对热导率的影响比较显著，热导率随着燃耗的增加而有较明显的下降，大于500°
C时，特别是在1600°C以上，辐照的影响就变得不明显了。③氧铀比对氧化铀的热导率也有一定的影响，随着氧铀比的增加，氧化铀的热导率将显著减小。
二氧化铀的比热可以表示成温度的函数：
在25°C＜t＜1226°C的情况下，
在1226°C＜t＜2800°C的情况下，
在上面两式中，的单位是，的单位是。
1-3、反应堆对冷却剂的要求是什么？
答：在选择合适的冷却剂时希望具有以下特性：
1中子吸收截面小，感生放射性弱
2具有良好的热物性（比热大，热导率大，熔点低，沸点高，饱和蒸汽压力低等），以便从较小的传热面带走较多的热量。 3粘度低，密度高，使循环泵消耗的功率小
5良好的辐射稳定性和热稳定性
6慢化能力与反应堆类型相匹配
7成本低，使用方便，尽量避免使用价格昂贵的材料。
1-4、水作为冷却剂，有什么优缺点？
答：水具有良好的热物性，价格便宜，使用方便，所需输送功率小。缺点主要有：①水的沸点低，为了使高温水保持液态，一回路设备，包括反应堆本体，须在高的压力下运行。②存在沸腾临界问题，使得提高堆内释热功率的可能性受到限制。③水在高温下的腐蚀作用相当强，因此同高温水相接触的设备和部件须有耐腐蚀的高强度材料制造。 第二章 反应堆热源及稳态工况下的传热计算
2-1、反应堆的热源来自于什么？
答：来自于裂变过程中释放出来的巨大能量。
2-2、每次核裂变放出的裂变能是多少？约有多少百分比作为大型压水堆堆芯燃料元件释放热量进行传热计算？
答：每次裂变释放的裂变能约为200MeV，取97.4%进行传热计算。
2-3、堆芯的热功率及其分布与什么因素有关？
答：与燃料的布置、控制棒的分布、水隙及空泡，以及燃料元件的自屏蔽有关。
2-4、圆柱形均匀裸堆的热功率分布是怎样的？
答：径向为贝塞尔函数，轴向为余弦函数。
2-6、什么是强迫对流，什么是自然对流？
答：强迫对流是流体在机械作用下引起的强迫流动，自然对流是在流体内部密度梯度引起的流体运动过程。 2-7、试标出下图给出的沸腾曲线各部分的传热类型，并说明各部分的特征。
答：（图在教材48页或者28页）
Ⅰ（AB段）：单相自然对流；依靠温度梯度进行热量传递
Ⅱ（BC段）：泡核沸腾；在加热面上产生汽泡，在低热流密度下，开始时只在一些点上产生。当热流密度增加后，由于汽泡聚合，到达高热流密度时，在接近加热面附近形成蒸汽或蒸汽柱。 Ⅲ（DE段）：过渡沸腾；在加热面上存在一层不稳定的蒸汽膜，该蒸汽膜以多少有点不规则的间隔释放出一些大的蒸汽片。这时的加热面是间断润湿的。只有在壁面温度可以受控制的条件下，才能对这个区进行研究。
Ⅳ（EF段）：膜态沸腾区；整个受热面为稳定的汽膜所覆盖，从传热强度在E点达到最低值。此后随着壁温的进一步升高，传热强度因辐射传热的增强而又有所提高。
2-8、什么是沸腾危机？有哪两种？分别说明其特点。
答：称大容器饱和中的临界热流为沸腾危机（元件包壳可能被烧毁的那个沸腾状态）。第一类沸腾危机：由于换热偏离核态沸腾而造成的传热恶化；第二类沸腾危机，由于液膜蒸干而引起的传热恶化。
沸腾临界一般和发生沸腾临界时流型有着密切的关系，根据流动工况的不同，通常把沸腾临界分为两类，即过冷或低含汽量下的沸腾临界和高含汽量下的沸腾临界。低含汽量下，大的温度阶跃足以导致加热面迅速“烧毁”，叫“快速烧毁”；高含汽量下一般不会使金属材料马上烧损，称为“慢速烧毁”。
2-9、什么是临界热流密度？
答：沸腾临界的特点是由于沸腾机理的变化引起放热系数的陡降，导致受热面的温度骤升。刚刚达到沸腾临界时的热流密度称为临界热流密度。
2-10、如果热流密度不高，不会达到偏离泡核沸腾工况，试问随着含汽量的升高，相继会出现什么传热工况？
答：单向自然对流、泡核沸腾。
2-11、说明热量从燃料棒芯块中心到芯块表面、间隙、包壳内外壁以及冷却剂的传热过程，并写出这些过程中的各个传热公式。
答：从燃料棒芯块中心到芯块表面：具有内热源的导热问题，公式为
芯块表面到包壳内壁：可认为是无内热源的环形气隙的导热问题，公式为
包壳内壁至包壳包壁：无内热源的导热问题，公式为
包壳外壁至冷却剂：无内热源的对流换热，公式为
2-12、写出堆芯的输热公式。
电蒸汽发生器蒸箱答： 千瓦功率测量
2-14、什么是层流，什么是湍流？区分层流和湍流的判据是什么？
答：层流：流体流动时，各质点作分层运动，流体质点在流层之间不发生混杂，呈规则的层状运动。湍流：流体流动时，质点呈紊乱流动形态，流体质点不保持在一个固定层内运动，而有互相交混和碰撞，产生动量交换。区分层流和湍流的判据是雷诺数：
当时，可能是层流，也可能是湍流，属于过渡区段。
2-16、已知燃料元件棒的体积释率，如何换算成燃料元件棒表面的热流密度和燃料元件棒的线功率密度？
答：燃料芯块的线功率，燃料芯块的表面热流密度，燃料芯块的体积释热率，三者之间的关系为：
2-17、反应堆停堆后的热源有哪几种？刚停堆时堆的剩余功率约占总热功率的百分之几？
答、反应堆停堆后的热源有剩余裂变功率、裂变产物衰变功率、中子俘获产物的衰变功率。约占总功率的6%
2-18、停堆之后，燃料元件表面热流密度下降的速度是否与燃料元件的剩余发热下降速度相同，为什么？
答：不相同，主要是因为影响两者的因素不完全一样。
第三章 核反应堆稳态工况的水力计算
3-1、核反应堆稳态工况的水力计算的任务是什么？
答：稳态工况水力计算的内容概括起来主要包括以下几个方面：
1、计算冷却剂的流动压降，以便确定：①堆芯各冷却剂通道内的流量；②合理的堆芯冷却剂流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及冷却剂循环泵所需要的功率。
2、对于采用自然循环冷却的反应堆（如沸水堆），或利用自然循环输出停堆后的衰变热，需要通过水力计算确定在一定的反应堆功率下的自然循环水流量，配合传热计算，定出堆的自然循环能力。
3、对于存在汽水两相流动的装置，像沸水堆或蒸汽发生器，要分析其系统内的流动稳定性。在可能发生流量漂移或流量振荡的情况下，还应在分析系统水动力特性的基础上，寻求改善或消除流动不稳定性的方法。
3-2、流体流动的总压降由哪几部分组成？
答：
总压降由四部分组成：提升压降、加速压降、摩擦压降、形阻压降（也称局部压降）。
3-3、单相流体的摩擦压降的计算公式如何？摩擦阻力系数主要与哪些因素有关？
答：计算单相流的摩擦压降，普遍采用达西公式，即
式中f称为达西—韦斯巴赫摩擦系数，它与流体的流动性质（层流与湍流）、流动状态（定型流动即充分展开的流动与未定型流动）、受热情况（等温与非等温）、通道的几何形状、表面粗糙度等因素有关。
3-6、什么是汽液两相流动？
答：多种物相在同一个系统内一起流动称为多相流。汽液两种物相在同一个系统内一起流动称为汽液两相流动。
3-7、什么是质量含汽率x、体积含汽率β、空泡份额α和滑速比S？写出空泡份额的理论计算公式。
答：(a)含汽量（即质量含汽率）在汽夜两相混合物中定义了三种：
1静态含汽量。对于不流动的系统，即在汽相和液相都没有运动的系统内，静态含汽量定义为
2真实含汽量。对于流动通道，任何一个横截面上的真实含汽量定义为
3平衡态含汽量。其汽液两相处于热力平衡状态。
(b)将称为体积含汽率。
模组网(c)在静止的汽液混合物中，空泡份额α被定义为蒸汽的体积与汽液混合物总体积的比值；在流动系统中，在所考虑的区段内的空泡份额α是该区段蒸汽的体积与汽液混合物总体积之比。
(d)在两相流中，蒸汽的平均速度与液体的平均速度之比称为滑速比S。
(e)空泡份额的理论计算公式：
3-10、写出水泵的功率计算表达式。
答：有效功率千瓦，轴功率千瓦
3-11、什么是水泵的汽蚀？
铁硅铝答：泵在运行时，其内部液流的压力会发生变化。当泵内局部区域的压力降低到液体汽化压力以下时液体就要汽化，这时在液体中要生成大量汽泡，发生空泡现象，在汽泡中充满着水蒸汽和原来溶解于液体的气体。当含有大量汽泡的液体向前流经叶轮内的高压区时，由于这里的压力已达到或大于汽化压力，则水蒸汽立即凝结成液态。这时汽泡周围压力较高的液流以很高的速度冲向汽泡，促使汽泡的体积迅速缩小，最后汽泡破裂消失。在此瞬间产生很强烈的水击作用。以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几千个大气压。金属受疲劳破坏，表面剥落，形成伤痕，严重时会将壁厚击穿。这种现象叫剥蚀。另外在汽泡中还含有一些活泼气体，当汽泡凝结时散发出的热量促使气体对金属加速化学腐蚀作用从而加速金属的破坏。这种机械剥蚀和化学腐蚀现象总称做汽蚀破坏。
3-12、汽蚀有什么危害？
答：汽蚀的危害主要有：①使泵的扬程和效率明显下降，甚至供水断流；②产生振动和噪音；③当汽蚀汽泡溃裂时，在固体表面上产生很高的局部冲击应力，导致材料表面破损。
3-13、什么原因引起一回路主泵汽蚀，汽蚀后会出现什么征兆？
自制路由器天线答：当液体中带有大量汽泡时就会发生汽蚀。所以当反应堆一回路出现破口，冷却剂流失，水位降到反应堆压力容器出口管嘴标高以下时或一回路内冷却剂温度达到相应压力下的饱和温度时，将在冷却剂内存在或产生大量汽泡，就要发生汽蚀现象，引起流量和扬程减小，产生振动和噪音，导致水泵叶片破损。
3-14、什么是自然循环？
答：自然循环是指在闭合回路内依靠热段（向上流）和冷段（向下流）中的流体密度差所产生的驱动压头来实现的流动循环。
3-17、自然循环对核电厂安全运行的重要意义是什么？
饱和攻击答：在堆芯结构和管道系统设计合理的情况下，就可以利用一回路的自然循环带出停堆后产生的热量，确保反应堆安全停堆。
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