(整理)反应堆热工水力学课后习题讲解清华大学出版社

--------------------------2.1查水物性骨架表计算水的以下物性参数：（1）求16.7MPa时饱和水的动力粘度和比焓；（2）若324℃下汽水混合物中水蒸气的质量比是1%，求汽水混合物的比体积；（3）求15MPa下比焓为1600kJ/kg时水的温度；（4）求15MPa下310℃时水的热导率。--------------------------13:14:49习题讲解2--------------------------13:14:49习题讲解3--------------------------13:14:49习题讲解4--------------------------13:14:49习题讲解5--------------------------2.2计算核电厂循环的热效率13:14:49习题讲解6位置T/Kp/kPa-1h/(kJ·kg)状态给水泵入口6.89163饱和液给水泵出口7750171欠热液蒸发器二次侧出口77502771饱和气汽轮机出口6.891940两相混合物蒸发器一次侧入口59915500欠热液蒸发器一次侧出口56515500欠热液--------------------------13:14:49习题讲解7--------------------------第三章3.1求1600℃下97%理论密度的UO2的热导率，并与316℃下金属铀的热导率做比较。--------------------------13:14:49习题讲解8--------------------------3.2假设堆芯内所含燃料是富集度3%的UO2，慢化剂为重水D2O,慢化剂温度为260℃，并且假设中子是全部热能化的，在整个中子能谱范围内都适用1/v定律。试计算中子注量率为10131/（cm2·s）处燃料元件内的体积释热率。--------------------------13:14:49习题讲解9--------------------------=0.2753.3试推导半径为R，高度为L，包含n根垂直棒状燃料元件的圆柱形堆芯的总释热率Qt的方程：1QtnLAuqV,maxFu其中，Au是燃料芯块的横截面积。--------------------------13:14:49习题讲解10--------------------------13:14:49习题讲解11--------------------------4.1有一压水堆圆柱形UO2燃料元件，已知表面热流密度为1.7MW/m2，芯块表面温度为400℃，芯块直径为10.0mm，UO2密度取理论密度的95%，计算以下两种情况燃料芯块中心最高温度：（1）热导率为常数，k=3W/（m•℃）（2）热导率为k=1+3exp（-0.0005t）。--------------------------13:14:49习题讲解12--------------------------热导率为常数--------------------------13:14:49习题讲解13--------------------------k不是常数，要用积分热导法--------------------------13:14:49习题讲解14--------------------------4.2有一板状燃料元件，芯块用铀铝合金制成（铀占22%重量），厚度为1mm，铀的富集度为90%，包壳用0.5mm厚的铝。元件两侧用40℃水冷却，对流传热系数h=40000W/(m2•℃)，假设：气隙热阻可以忽略铝的热导率221.5W/(m•℃)铀铝合金的热导率167.9W/(m•℃)裂变截面520×10-24cm2试求元件在稳态下的径向温度分布--------------------------13:14:49习题讲解15--------------------------13:14:49习题讲解16--------------------------13:14:49习题讲解17--------------------------13:14:49习题讲解18--------------------------4.3已知某压水堆燃料元件芯块半径为4.7mm，包壳内半径为4.89mm，包壳外半径为5.46mm，包壳外流体温度307.5℃，冷却剂与包壳之间传热系数为28.4kW/（m2•℃），燃料芯块热导率为3.011W/（m•℃），包壳热导率为18.69W/（m•℃），气隙气体的热导率为0.277W/（m•℃）。试计算燃料芯块的中心温度不超过1204℃的最大线释热率。--------------------------13:14:49习题讲解19--------------------------13:14:49习题讲解20--------------------------4.4厚度或直径为d的三种不同几何形状（平板、圆柱、球）的燃料芯块的体积释热率都是qV，表面温度都是tc，试求各种芯块中心温度的表达式，并进行讨论比较。--------------------------13:14:49习题讲解21--------------------------13:14:49习题讲解22--------------------------13:14:49习题讲解23--------------------------球--------------------------13:14:49习题讲解24--------------------------4.5考察某压水堆（圆柱形堆芯）中的某根燃料元件，参数如下表。假设轴向发热分布为余弦分布，试求燃料元件参数数值单位燃料元件外直径10.0mm芯块直径8.8mm包壳厚度0.5mm最大线释热率44.2×10W/m冷却剂进口温度245℃冷却剂与元件壁面间传热系数2.7×1042W/（m•℃）冷却剂流量1200kg/h堆芯高度2600mm包壳热导率20W/（m•℃）气隙热导率0.23W/（m•℃）芯块热导率2.1W/（m•℃）--------------------------轴向z=650mm高度处的燃料中心温度。13:14:49习题讲解25--------------------------13:14:49习题讲解26--------------------------13:14:49习题讲解27--------------------------4.6压力壳型水堆燃料元件UO2的外直径为10.45mm，芯块直径为9.53mm，包壳热导率为19.54W/（m•℃），厚度为0.41mm，满功率时热点处包壳与芯块刚好接触，接触压力为零，热点处包壳表面温度为342℃，包壳外表面热流密度为1.395×106W/m2，试求满功率时热点处芯块的中心温度。--------------------------13:14:49习题讲解28--------------------------求T0--------------------------13:14:49习题讲解29--------------------------5.1如图题5.1所示，有一个喷嘴将水喷到导流叶片上。喷嘴出水的速度为15m/s，质量流量为250kg/s，导流叶片角度为60°，试计算：（1）导流叶片固定不动所受到的力，（2）导流叶片在x方向以速度5m/s运动的情况下受到的力。yOx60o喷嘴导流叶片--------------------------13:14:49习题讲解30--------------------------5.2假如某一管内层流流速分布为υ=υmax1−(rR)]QV=∫υmax⎡1−()⎤2πrdr2⎣⎦2=∫21−(rR)⎤2πrdr=7.854×10−3⎡υm===1m/s()1υmax⎡1−(rR)⎤2πrdr=0.667ρυm22dp=ρ∫2(υmax⎡1−()⎤)2πrdr∫2⎣⎦υm=2υmax=2.0m/s，R=0.05m，流体的密度为300kg/m3，计算管内体积流量、断面平均速度，并判断流体动压头等于ρυm2吗？RrR00.0502⎣⎦QV7.854×10−3Aπ×0.052R20⎣⎦RrR0πR2--------------------------13:14:49习题讲解31--------------------------5.3如图所示，某一传热试验装置，包括一根由长1.2m内径是13mm的垂直圆管试验段。水从试验段顶部流出，经过90°弯头（R/D=1.5）后进入1.5m长的套管式热交换器，假设热交换器安装在水平管道的中间部分，水在管内流动，冷却水在管外逆向流动。热交换器的内管以及把试验段、热交换器、泵连接起来的管道均为内径25mm的不锈钢管。试验装置高3m，总长18m，共有4个弯头。在试验段的进出口都假设有突然的面积变化，回路的运行压力是16MPa。热交换器试验段（1）、当260℃的水以5m/s的速度等温流过试验段时（即试验段不加热），求回路的摩擦压降。（2）、若试验段均匀加热，使试验段的出口温度变为300℃，计算回路的总压降是多少？（假定这时热交换器换热管的壁温比管内水的平均温度低40℃）--------------------------13:14:49习题讲解32--------------------------,μ=105.376×10−6Pa⋅s,ρ==797.77kgm3De1V2ρARe1==4.921×10,V2=1V1=1.352ms⎡⎛ε∵f=0.00551+⎜⎟⎣⎦L1ρV1L2ρV22ΔPf=ΔPf1+ΔPf2=f1⋅⋅+f2⋅⋅10⎞3⎤⎥v=0.0012535m2kg1v5μA2Re2=De2V2ρμ=2.559×10516⎢20000+ε=0.0015⎢⎝DRe⎠⎥∴f1=0.0145,f2=0.01502De12De22=20675Pa--------------------------13:14:49习题讲解33--------------------------×(13×10−5)×5=0.5294kgs1ρ1==705.92kgm3V1==1.528ms4出口温度300℃流量W=797.77×π42a).试验段出口至换热器入口：t1=3000CP=160b热交换器试验段v1=0.0014166m3kgμ1=89.36×10−6Pa⋅s1v1Wv1π2d1Re1=d1V1v1μ1=3.018×105--------------------------13:14:49习题讲解34--------------------------⎛⎞3⎤⎡0.001510f1=0.00551+⎜20000×+=0.0146⎟⎢⎝253.018×105⎠⎥aρ1V12705.92×1.5282c16⎢⎥⎣⎦ΔPf1=f1L1ρ1V12d12=1516PaΔPel1=ρ1gΔz=6233PaΔP1=0ΔP1=K=0.6×=494Pa22--------------------------13:14:49习题讲解35--------------------------=11888W0.Δt2==0.5294×5.448×10.=×(25×10)d22=1443msmCCp=5.448×103JkgC.25×10b).热交换器内压降Re2=Re1=3.018×105Pr=0.858k=567.7×10−3W00Nu=0.023Re20.8Pr0.4=5235h=Nu⋅kd=5235×567.7×10−3−3mChFΔtWCp11888×π×25×10−3×15×403=19.40Ct=t1−Δt22=290.30C∴v2=0.0013381m3kgμ2=93.36×10−6Pa⋅sρ2=1v2=747.33kgm3V2=Wv20.5294×0.0013381ππ−3244.热交换器试验段Re2=d2V2ρ2μ2=--------