反应堆传热过程.ppt

2021/9/12 * 核科学与工程系 3.2 单相对流传热 – 自然对流换热 由密度梯度即温度梯度引起 其中β为流体的体积膨胀系数,ν=μ/ρ为运动黏度,x为位差 引入特征量格拉晓夫数Gr=(gβΔT x3)/ ν2 普遍关系式为Nu=f(Gr Pr) = C(Gr Pr)mn,式中m指物性参数取平均温度点的值,即tm=(tf+tw)/2 针对竖壁与横管霍夫曼和米海耶夫分别提出经验关系式(3-19至3-24) 2021/9/12 * 核科学与工程系 3.3 沸腾传热 包括池式沸腾和流动沸腾两种情况 池式沸腾 – 拥有自由表面的大容积液体,在受热面处发生的沸腾。自然对流占主导 流动沸腾 – 流体流经加热通道时发生,沸水堆的正常工况,压水堆中也会发生尤其是事故状况下 2021/9/12 * 核科学与工程系 3.3.1 沸腾曲线 – 池式沸腾 壁面过热度与热流密度的关系曲线 右下方为大容积沸腾,左上方为管内流动沸腾 B点前为不沸腾自然对流区,B点开始产生气泡,B点称为沸腾起始点ONB。气泡产生,对流换热系数高,热流密度迅速上升 C点达到热流密度最大值,称为临界热流密度 BC段为核态沸腾区 2021/9/12 * 核科学与工程系 3.3.1 沸腾曲线 – 池式沸腾 CD段为过度沸腾区,由于汽膜形成导致热阻上升,热流密度降低 DE段为稳定膜态沸腾区 此两区内稳定的汽膜形成 D点后辐射传热增强,热流密度再次提高 C,E点热流密度相同,故当从C点进一步提高热流密度时,膜温差可能跃升,造成壁面烧毁。因此C点又称为烧毁点。 H点为偏离核态沸腾规律点DNB 2021/9/12 * 影响池式沸腾的主要因素-系统压力 ? 2021/9/12 * 影响池式沸腾的主要因素-主流液体温度(或欠热度) 对传热强度无影响 对于qc影响显著 随欠热度ΔTSUB增大,汽液置换时易冷凝近壁气泡,则qc升高 2021/9/12 * 影响池式沸腾的主要因素-加热表面粗糙度 表面越粗糙,泡化空穴越大,因此需要的过热度越小 使ABC段左移 泡核沸腾传热增强 对qc及膜态沸腾的影响很小 – 气膜将粗糙度掩盖 2021/9/12 * 影响池式沸腾的主要因素-其他因素 液壁接触角增加或不凝气体掺入 降低ΔTw 使沸腾曲线ABC段左移,强化传热 2021/9/12 * 流动沸腾传热 强制或自然对流 有宏观运动的系统内的沸腾 气泡生长受流体流动的影响 汽液两相运动–比池式沸腾复杂 2021/9/12 * 流动沸腾的传热工况及汽液两相流型 A段 – 单相液体对流 壁面温度与流体平均温度均升高 壁面附近形成热边界层 因过热度不足不能生成气泡 2021/9/12 * 流动沸腾的传热工况及汽液两相流型 B段 – 欠热泡核沸腾 气泡形成 传热增强,传热系数增大 液体边界层温度高于饱和温度 初始阶段,气泡较少,附着在壁面,管中心仍为潜热液体,气泡不能长大 后段,气泡长大并脱离壁面,泡核沸腾逐渐增强 2021/9/12 * 流动沸腾的传热工况及汽液两相流型 ? 2021/9/12 * 流动沸腾的传热工况及汽液两相流型 E+F段 – 通过液膜强制对流蒸发传热 含汽率增加 液膜变薄,内部导热及对流变强,过热度降低 当过热度低于ΔTw,ONB后,液膜内气泡停止产生,则液膜内完全通过导热和对流实现换热 液膜逐渐变薄,直至蒸干 2021/9/12 * 流动沸腾的传热工况及汽液两相流型 G段 – 缺液区传热 液膜蒸干后,壁面被蒸汽覆盖 传热能力急剧下降 壁温上升 液相以液滴形式存在 2021/9/12 * 流动沸腾的传热工况及汽液两相流型 H段 – 单相蒸汽对流传热 液滴全部蒸完 蒸汽逐渐被过热 2021/9/12 * 核科学与工程系 3.3.2 核态沸腾传热 ONB判断: 对于工业光滑管,Bergles和Rohsenow提出 qONB = 1.798x10-3 p1.156 [1.8 (tw - ts)]2.828/p0.0234 使用Jens-Lottes沸腾传热方程与单相强迫对流方程联立 tf,ONB = ts + ΔθJ - q/h 其中tw - ts= 25(q/105)0.25 exp(-p/6.2) 以上公式中ΔθJ为壁面过热度 2021/9/12 * 核科学与工程系 3.3.3 沸腾临界 指传热机理发生变化时,传热系数发生的突然下降 包括偏离泡核沸腾（DNB）和蒸干两种工况 棒束通道的临界热流密度,受功率轴向径向分布,定位件,棒间距等因素影响,同时也受压力,质量流密度,含汽率的分布等因素影响 在均与加热的情况下,可由西屋公司提出的实验数据拟合公式获得,当通道内存在冷壁时,该式中De应被替换为热等效直径Dh = 4 x 通道截面积 / 加热周长 2021/9/12 * 核科学与