理论教育 工程热管因子和热点因子的影响分析

工程热管因子和热点因子的影响分析

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了定量分析由工程因素引起的热工参数偏离名义值的程度,这里引出了热流密度工程热点因子和焓升工程热管因子的概念。为了更清楚地表现,下面将用数学表达式来说明单通道分析模型中热管和热点上热工参数的计算方法,同时也说明热管因子和热点因子的用法。在子通道分析模型中,可直接根据堆芯三维功率分布、焓升工程热管因子和热流密度工程热点因子计算出燃料元件的温度。

工程热管因子和热点因子的影响分析

上面关于热流密度核热点因子和焓升核热管因子的定义式中,所涉及的燃料元件的热流密度和冷却剂的焓升,都是用的名义值,即没有考虑诸如燃料元件等在加工、安装及运行中的各类工程因素所造成的实际值与设计值之间的偏差。但在实际工程计算中,都必须考虑这些工程因素所造成的偏差。

上述工程上不可避免的误差,会使堆芯内燃料元件的热流密度、冷却剂流量及焓升、燃料元件的温度等偏离名义值。为了定量分析由工程因素引起的热工参数偏离名义值的程度,这里引出了热流密度工程热点因子和焓升工程热管因子的概念。即

综合考虑核和工程两方面的因素后,定义热流密度热点因子Fq和焓升热管因子FΔH为:

同时考虑核和工程两方面的因素后,对热管和热点的定义可阐述为:热管是堆芯内具有最大焓升的冷却剂通道。这里所说的冷却剂通道,在按正方形栅格排列的棒束燃料组件中,它是由4根相邻的燃料元件棒所围成的冷却剂通道;而在按三角形栅格排列的棒束燃料组件中,则是由3根相邻的燃料元件棒所围成的冷却剂通道。至于热点,则是燃料元件上限制堆芯功率输出的局部点。

为了更清楚地表现,下面将用数学表达式来说明单通道分析模型中热管和热点上热工参数的计算方法,同时也说明热管因子和热点因子的用法。

热管冷却剂焓升为:(www.daowen.com)

该式中中已经包含。燃料元件表面最大热流密度

燃料元件温度的计算,以燃料包壳外壁的膜温差为例:

在以上计算中,都取不利于安全的工程偏差,因此这些因子都大于1。所以,在考虑了工程因素的影响后,计算得到的燃料元件最高温度比没有考虑工程偏差时的要高。正因为如此,在反应堆热工设计中又称这两者为工程不利因子。

目前,在子通道分析模型中,热管被定义为冷却剂焓升最高的燃料元件冷却剂通道。由式(5-11)可见,热管出现在积分功率输出和冷却剂流量的比值最大的位置上,而并不一定发生在积分功率输出最大或冷却剂流量最小的通道。但在目前动力堆采用开式通道的情况下,堆芯进口对冷却剂流量分配不均的影响只有在离进口0.6 m左右的长度表现出来,再往后其影响就很小了;因而堆芯内热管的位置主要取决于冷却剂通道全长上积分功率输出的大小,而堆芯进口冷却剂的流量分配不均仅起着较小的作用。至于热点,则仍然是燃料元件上限制堆芯功率输出的局部点。

在子通道分析模型中,可直接根据堆芯三维功率分布、焓升工程热管因子和热流密度工程热点因子计算出燃料元件的温度。下式根据这种模型写出的一根燃料元件棒外表面温度的计算公式:

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