22、流动不稳定性
在一个质量流密度、压降和空泡之间存在着耦合的两相系统中,流体受到一个微小的扰动后所产生的流量漂移或者以某一频率的恒定振幅或变振幅进行的流量振荡。
流动不稳定性的危害:
(1)机械振动:
流量和压力振动所引发的机械力会使部件产生有害的机械振动,而持续的机械振动会导致部件的疲劳损坏;
(2)控制困难:
流动振荡会干扰控制系统;
(3)温度振荡:
流动振荡会使部件的局部热应力产生周期性变化,从而导致部件的热疲劳破坏;
(4)沸腾临界:
流动振荡会使系统内的传热性能变坏,极大地降低系统的输热能力,并使临界热流密度大幅度下降,造成沸腾临界过早出现。
23、流动不稳定性分类:
(1)静力学不稳定性:
非周期性的改变系统额稳态工作运行点,基本特征是系统在经受一个微小扰动后,会从原来的稳态工作点转变到另一个不相同的稳态工作点运行。
(2)动力学不稳定性:
周期性地改变系统的稳态工作状况。
两相流不稳定性的分类
类别
型式
机理或条件
基本特征
静力学
不稳定性
流量漂移
压降特性曲线的斜率小于驱动压头特性曲线的斜率
流量发生突变,大的流量漂移
沸腾危机
不能有效地从加热表面带走热量
壁面温度波动,流量振荡
流型不稳定性
泡状-团状流型与环状流型交替变化,前者比后者有较小的空泡份额和较大的压降
周期性流型转换和流量变化
蒸汽爆发不稳定性
由于缺乏汽化核芯而周期性交替出现亚稳态到稳态的变化
液体过热或急剧蒸发,流道中伴随有逐出和再充满现象
动力学
不稳定性
声波不稳定性
压力波共振
频率高
密度波不稳定性
流量、密度和压降之间相互关系的延迟和反馈效应
频率低
热振荡
传热系数变化与流动过程之间的相互作用
发生在膜态沸腾工况
沸水堆的不稳定性
空泡反应性与流动动态传热之间的相互作用
仅在燃料元件时间常数小和压力低时才显示出明显的不稳定性
管间脉动
在少量平行管间的相互作用
多种方式的流量再分配
压降振荡
流量漂移导致管道与可压缩体积之间动态的相互作用
频率很低的周期性过程
24、流量漂移(Ledinegg不稳定性):
流量漂移也称水动力稳定性,其特点是系统内的流量会发生非周期性的漂移。
流量漂移原因是当通道内的水存在沸腾段和非沸腾段时,压降随流量变化的趋势就要由两个因素来决定:
(1)由于流量的降低,压降有下降的趋势(
);
(2)由于产生沸腾,汽水混合物体积膨胀流速增加,从而使压降反而随流量的减少而增加(
)。
(参考书P135图4-31)
25、流量漂移稳定性准则
即驱动压头随流量的增加速度不能超过摩擦压降的增加速度。
当驱动压头是给定的时(即不随流量变化),
区段上流动是稳定的,
区段上则相反。
26、防止流量漂移的措施:
(1)不要使系统在
区段内运行,如必须的话,则采用大流量下压头会大大降低的水泵,以满足稳定性准则;
(2)消除
区段,主要方法有:
a、在进口通道加装节流件,增大进口局部阻力;
b、选取合理的系统参数,系统运行压力越高,两相比体积相差越小,流动就越稳定。
27、管间脉动:
汽水流量发生周期性变化
28、管间脉动影响因素:
(1)压力:
压力越高,脉动可能性越小;
(2)出口含汽量:
出口含汽量越小,流动越稳定;
(3)热流密度:
热流密度越小,脉动可能性越小;
(4)流速:
进口流速越大,可以减轻或避免管间脉动。
29、管间脉动消除方法:
(1)调节与以上因素有关的参数;
(2)在加热段的进口加装节流件,提高进口阻力。
第五章
1、热工设计准则:
在设计反应堆冷却系统时,为了保证反应堆运行安全可靠,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则。
2、压水动力堆稳态热工设计准则:
(1)燃料元件芯块内最高温度应低于其相应燃耗下的熔化温度。
(2)燃料元件外表面不允许发生沸腾临界。
限制条件为临界热流密度比(DNBR),定义式为:
在整个堆芯内DNBR的最小值称为最小临界热流密度比或最小偏离核态或最小DNB比,用MDNBR表示。
(3)必须保证正常运行工况下燃料元件和堆内构件能得到充分冷却,在事故工况下能提供足够的冷却剂以排除堆芯余热。
(4)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。
3、流量分配不均匀原因:
(1)压降不同:
进入下腔室的冷却剂流,不可避免地形成大大小小的涡流区,从而有可能造成各冷却剂通道进口处的静压力各不相同;
(2)设计几何参数不同:
各冷却剂通道在堆芯或燃料组件中所处的位置不同,其流通截面的几何形状和大小也就不可能完全一样;
(3)工程误差:
燃料元件和燃料组件的制造、安装的偏差,会引起冷却剂通道流通截面的几何形状和大小偏离设计值;
(4)功率分布不均匀:
各冷却剂通道中的释热量不同,引起各通道内冷却剂的温度、热物性以及含汽量也各不相同,从而导致各通道中的流动阻力产生显著的差别。
4、交混:
对于开式(即无盒壁组件)冷却剂通道,相邻通道冷却剂间在流动过程中存在着横向的质量、动量和能量的交换,这种横向的交换又常统称为交混。
5、热管:
在堆芯内各并行的通道中存在着某一积分功率输出最大的冷却剂通道,这种积分功率输出最大的冷却剂通道通常称为热管。
6、热点:
在堆芯内还存在着某一燃料元件表面热流密度最大的点,这种点通常就称为热点。
7、热管因子和热点因子:
在热工水力设计中,一般把某一热工参数的最大值偏离平均值的程度称为热管因子或热点因子。
如果这个因子已知,将它乘平均热工参数,就可以得到某一热工参数的最大值。
8、核热管因子和核热点因子:
由于核方面(例如中子通量分布不均匀)产生的不均匀性。
定义式:
(1)核热点因子:
(2)核热管因子:
9、工程热管因子和核热点因子:
由于堆芯的燃料及构件的加工和安装误差造成的功率分布不均匀性。
定义式:
(1)工程热点因子:
(2)核热管因子:
10、降低热点因子和热管因子的途径:
(1)核方面
堆芯四周设置反射层;
在堆芯径向,燃料采用分区装载,在堆芯不同区域,装载不同富集度的燃料;
固体可燃毒物的适当布置;
控制棒分组及棒位的合理确定也会降低热管因子值。
(2)工程方面
主要是合理控制有关部件的加工、安装误差;
改善反应堆下腔室的冷却剂流量分配不均匀性;
加强堆芯内冷却剂通道之间的流体横向交混;
进行结构和水力模拟实验,改善下腔室冷却剂流量的分配不均匀性。
11、最小烧毁比MDNBR
核反应堆工程P291图6-2
12、热管因子和热点因子计算方法
(1)乘积法:
把所有工程偏差看成是非随机性质的,保守地采用将各个工程偏差值相乘的方法。
(2)混合法:
将工程偏差分为系统误差和随机误差,前者按乘积法进行处理,后者按误差规律分布规律进行计算,两者最后相乘。
相对误差传递公式:
13、临界热流密度影响因素:
(1)冷却剂工作压力;
(2)冷却剂质量流量;
(3)冷却剂比焓;
(4)进口欠热度;
(5)流动表面粗糙度;
(6)入口段长度;
14、W-3公式修正:
(1)轴向热流密度非均匀修正;
(2)冷壁效应的修正;
(3)定位架的修正。
15、提高核电厂经济性方法:
(1)提高动力循环效率;
(2)提高堆芯功率密度;
(3)提高堆芯燃料的燃耗深度;
(4)减少单位功率的核燃料费用;
(5)降低厂用电。
16、提高动力循环效率方法:
(1)提高冷却剂工作压力;
(2)提高冷却剂流量;
(3)适当选定堆芯工作温度。
第六章
1、三道屏障:
(1)燃料包壳;
(2)一回路压力边界:
主管道、一回路设备和辅助管道的外壳;
(3)安全壳:
防止一回路的放射性物质外泄。
2、四类电厂工况;
(1)正常运行和运行瞬变;
(2)中等频率故障;
(3)稀有故障;
(4)极限事故。
历年名词解释
1、最终热阱:
余热排放的最终场所。
2、故障安全准则:
满足故障安全原则的设备在发生随机故障时仍能保持所赋予的功能。
3、一回路压力边界:
一回路设备、主管道和辅助管道的外壳。
4、临界流:
当流体自系统中流出的速率不再受下游压力下降的影响时,这种流动就称为临界流。
5、热管因子:
堆芯热管最大焓升与堆芯平均管焓升之比。
6、自然循环:
闭合回路内依靠热段(上行段)和冷段(下行段)中的流体密度差所产生的驱动压头来实现的流动循环。
7、流动不稳定性:
在一个质量流密度、压降和空泡之间存在着耦合的两相系统中,流体受到一个微小的扰动后所产生的流量漂移或者以某一频率的恒定振幅或变振幅进行的流量振荡。
8、循环倍率:
通道内某一截面的两相流质量流量与气相质量流量之比。
9、积分导热率:
10、释热率:
反应堆内某处单位时间单位体积释放的热量。
11、线功率:
反应堆内某处单位时间单位长度释放的热量。
12、交混:
对于开式(即无盒壁组件)冷却剂通道,相邻通道冷却剂间在流动过程中存在着横向的质量、动量和能量的交换,这种横向的交换又常统称为交混。
13、进入堆压力容器内的有效冷却剂流量:
指进入堆压力壳的冷却剂流量中用来冷却燃料元件的那一大部分流量。
14、静力学不稳定性:
非周期性的改变系统额稳态工作运行点,基本特征是系统在经受一个微小扰动后,会从原来的稳态工作点转变到另一个不相同的稳态工作点运行。
15、热工设计准则:
在设计反应堆冷却系统时,为了保证反应堆运行安全可靠,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则。