本书以压水堆核动力装置作为主要对象，介绍热工水力的基本概念、基本理论和计算、分析方法。全书共11章，包括核能与反应堆发展概况、热工水力分析的任务，堆芯材料和热源分布，热工水力学的理论基础，反应堆内稳态与正常瞬态热工分析，蒸汽发生器和稳压器的热工分析，核动力装置内的水力分析，反应堆稳态及正常瞬态热工设计和分析，海洋和机动条件下流动和换热，以及核动力装置热工水力计算分析工具等。
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序
前言
符号表
第1章 绪论 1
1.1 核能与反应堆发展概况 1
1.2 核反应堆动力装置简介 2
1.2.1 压水堆核动力装置 2
1.2.2 重水堆核动力装置 7
1.2.3 沸水堆核动力装置 9
1.2.4 舰船核动力装置的特点 10
1.3 热工水力分析的目的、任务与方法 12
1.3.1 热工水力分析的目的 13
1.3.2 热工水力分析任务与方法 14
习题 15
第2章 堆芯材料和热源分布 16
2.1 核燃料 16
2.1.1 核燃料分类 17
2.1.2 核燃料UO2 18
2.2 包壳 20
2.2.1 包壳的作用 20
2.2.2 包壳材料的选择 21
2.3 堆内其他结构 23
2.3.1 不锈钢 23
2.3.2 镍基合金 24
2.4 冷却剂和慢化剂 25
2.4.1 冷却剂和慢化剂的选择 25
2.4.2 水的物性 26
2.4.3 水物性查表计算 26
2.5 堆芯热源及其分布 28
2.5.1 裂变能释放的特点 28
2.5.2 堆内热功率计算 29
2.5.3 堆芯功率分布及其影响因素 31
2.5.4 控制棒、慢化剂和结构材料的热源强度 36
2.5.5 停堆后的释热 38
习题 42
第3章 核动力装置传热学基础 44
3.1 导热 44
3.1.1 导热的基本概念及定律 44
3.1.2 导热微分方程 46
3.1.3 定解条件 47
3.1.4 几种典型导热问题的解 48
3.2 单相对流换热 52
3.2.1 对流换热的基本概念 52
3.2.2 管道内强迫对流换热及换热系数 54
3.2.3 管道外强迫对流换热及换热系数 56
3.2.4 自然对流换热及换热系数 59
3.3 沸腾传热 61
3.3.1 大容积沸腾 62
3.3.2 流动沸腾 65
3.3.3 临界热流密度经验公式 70
3.4 凝结传热 75
3.4.1 层流膜状凝结 76
3.4.2 湍流膜状凝结 76
3.4.3 膜状凝结的影响因素 78
习题 79
第4章 反应堆内稳态传热分析 81
4.1 定热导率燃料元件导热 81
4.1.1 燃料芯块导热 81
4.1.2 气隙导热 84
4.1.3 包壳导热 85
4.1.4 包壳表面对流换热 86
4.1.5 元件径向总温降 87
4.2 变热导率燃料元件导热 88
4.2.1 影响UO2热导率的因素 88
4.2.2 UO2热导率的几个经验公式与比较 90
4.2.3 包壳与氦气隙的热导率 91
4.2.4 燃料芯块积分热导率 92
4.3 燃料元件与冷却剂温度场 95
4.3.1 冷却剂输热方程 95
4.3.2 冷却剂轴向温度场 96
4.3.3 燃料元件轴向温度场 98
4.4 燃料元件最高温度及其位置 101
习题 103
第5章 蒸汽发生器与稳压器内热工分析 105
5.1 蒸汽发生器传热 105
5.1.1 传热模型 105
5.1.2 一次侧传热过程 106
5.1.3 二次侧传热过程 107
5.1.4 管壁热阻和污垢热阻 109
5.2 蒸汽发生器的稳态特性 109
5.2.1 不同运行方式的稳态特性 110
5.2.2 稳态特性计算方法 111
5.3 稳压器内热力分析 111
5.3.1 冷却剂体积变化的分析 112
5.3.2 稳压器内部的热力过程 113
5.3.3 稳压器容积计算 115
习题 121
第6章 核动力装置水力学基础 122
6.1 单相流基本方程 122
6.1.1 连续性微分方程 122
6.1.2 流体运动微分方程 123
6.1.3 流体微小流束的伯努利方程 124
6.1.4 总流的连续性方程 125
6.1.5 总流的伯努利方程 126
6.2 管内单相流压降计算 126
6.2.1 管内流动型态和流动阻力压降 127
6.2.2 沿程摩擦压降 128
6.2.3 局部压降 132
6.2.4 管中的水锤现象 138
6.2.5 气穴和汽蚀 140
6.3 两相流基本方程 141
6.3.1 基本概念 142
6.3.2 基本方程 145
6.4 两相流压降计算 146
6.4.1 摩擦压降 147
6.4.2 加速压降 148
6.4.3 提升压降 149
6.4.4 局部压降 150
习题 152
第7章 核动力一回路水力分析 154
7.1 反应堆内压降计算 154
7.1.1 摩擦压降 154
7.1.2 提升压降 155
7.1.3 加速压降 155
7.1.4 定位格架的局部压降 155
7.2 蒸汽发生器内压降计算 157
7.2.1 一回路侧阻力压降计算 157
7.2.2 二回路侧自然循环与水力计算 159
7.3 管路压降与泵功率 162
7.3.1 管路压降 162
7.3.2 泵功率 163
7.4 堆芯冷却剂流量的分配 163
7.4.1 堆芯流量分配的计算方法 164
7.4.2 堆芯流量分配分析 166
7.5 流动不稳定性 168
7.5.1 流动不稳定性概述 169
7.5.2 水动力学不稳定性分析 172
7.6 反应堆内自然循环 176
7.6.1 基本概念与方程 176
7.6.2 堆内水流量确定 178
7.7 蒸汽发生器倒U形管内倒流分析 180
7.7.1 倒流机理分析 181
7.7.2 倒流的判断准则 183
7.7.3 倒流问题的比例模化方法 188
7.7.4 倒流流量与倒流管数计算简介 192
习题 192
第8章 反应堆稳态热工设计 194
8.1 热工设计准则 194
8.2 热管因子和热点因子 196
8.2.1 核热管因子和核热点因子 197
8.2.2 工程热管因子和工程热点因子 198
8.2.3 降低热管因子和热点因子的途径 206
8.3 单通道模型堆芯稳态热工设计 207
8.3.1 热工设计参数选择 207
8.3.2 热工设计的一般步骤和方法 208
8.3.3 安全校核 213
8.3.4 试验验证 218
8.4 子通道模型堆芯稳态热工设计 219
8.4.1 子通道的划分 220
8.4.2 基本方程 221
8.4.3 求解方法 223
8.4.4 常用子通道程序介绍 224
习题 226
第9章 反应堆正常瞬态热工分析 227
9.1 集总参数法 227
9.2 瞬态传热问题的集总参数求解 227
9.3 燃料元件径向温度变化的解析求解 229
9.3.1 板状燃料元件 230
9.3.2 棒状燃料元件 231
9.4 棒状元件径向温度变化的数值求解 234
9.4.1 数值求解方法 235
9.4.2 功率按指数规律变化时元件径向温度 238
9.4.3 有温度反馈缓发超临界过程元件径向温度 239
9.5 动态温度场的集总参数法分析 243
9.5.1 棒状元件动态温度场 243
9.5.2 堆芯热管动态温度场 246
9.6 反应堆瞬态过程的快速仿真分析 250
9.6.1 有反馈的反应性变化过程仿真 250
9.6.2 负荷大幅变化时的仿真 255
习题 258
第10章 海洋与机动条件下的流动与换热 259
10.1 海洋条件下船体运动的特点 259
10.2 摇摆与起伏时内部层流流动与对流换热 260
10.2.1 圆管 260
10.2.2 矩形通道 262
10.3 摇摆与起伏时内部湍流流动与对流换热 264
10.3.1 圆管 264
10.3.2 矩形通道 268
10.4 舰船机动对一回路自然循环的影响 271
10.4.1 紧急上浮与速潜对驱动压降的影响 273
10.4.2 舰船运动对主要热工参数的影响 275
习题 282
第11章 核动力装置热工水力计算分析工具简介 283
11.1 核动力装置热工水力计算分析工具的发展 283
11.2 最佳估算程序 284
11.2.1 最佳估算程序的建模方式 285
11.2.2 计算结果不确定性的主要来源 285
11.2.3 最佳估算程序的验证 286
11.2.4 常用程序简介 286
11.3 计算流体动力学程序 292
11.3.1 计算流体动力学简介 292
11.3.2 控制方程的通用形式 292
11.3.3 计算区域网格划分 293
11.3.4 湍流模型 294
11.3.5 CFD计算的误差分析 294
11.3.6 FLUENT软件简介 295
11.4 核动力装置自然循环分析平台 296
11.4.1 反应堆时空中子动力学计算模块 296
11.4.2 反应堆及主冷却剂系统热工水力分析模块 300
11.4.3 一回路辅助系统及二回路系统流体网络计算模块 303
习题 305
参考文献 306
附录Ⅰ 一些核燃料的热物性 309
附录Ⅱ 水和水蒸气的热物性 310
附录Ⅲ 氦气的热物性 330
京公网安备 11010102004214号