清华大学反应堆热工水力学参考作业答案

反应堆热工水力学习题讲解13:14:49习题讲解22.1„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313:14:49习题讲解413:14:49习题讲解513:14:49习题讲解62.2计算核电厂循环的热效率位置T/Kp/kPah/(kJ·kg-1)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713:14:49习题讲解83.1„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93.2„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103.3„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：其中，Au是燃料芯块的横截面积。tu,maxu10.275VQnLAqF=13:14:49习题讲解1113:14:49习题讲解124.1„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13热导率为常数13:14:49习题讲解14k不是常数，要用积分热导法13:14:49习题讲解154.2„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1613:14:49习题讲解1713:14:49习题讲解1813:14:49习题讲解194.3„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2013:14:49习题讲解214.4„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2213:14:49习题讲解2313:14:49习题讲解24球13:14:49习题讲解254.5„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，试求燃料元件轴向z=650mm高度处的燃料中心温度。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4.2×104W/m冷却剂进口温度245℃冷却剂与元件壁面间传热系数2.7×104W/（m2•℃）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•℃）13:14:49习题讲解2613:14:49习题讲解2713:14:49习题讲解284.6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29求T013:14:49习题讲解305.1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。yx导流叶片喷嘴60oO13:14:49习题讲解31()[]2max1Rr−=υυmaxυ5.2假如某一管内层流流速分布为=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吗？22mρυ()()2000523012d212d785410RVmax.QrRrrrRrr.−⎡⎤=υ−π⎣⎦⎡⎤=−π=×⎣⎦∫∫327854101m/s005VmQ.A.−×υ===π×()()()()2220202112d0667212dRmaxmRmaxmdprRrr.rRrrR⎡⎤=ρυ−π=ρυ⎣⎦⎡⎤υ−π⎣⎦υ=π∫∫13:14:49习题讲解325.3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。试验段热交换器（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3323651211212522210.0012535,105.37610,797.77Re4.92110,1.352Re2.55910kgmkgmmsvPasvDeVAVVADeV−=μ=×⋅ρ==ρ==×==μρ==×μ12163122211221212100.00551200000.0015Re0.0145,0.01502220675ffffDffLVLVPPPffDeDePa⎡⎤⎛⎞ε⎢⎥=++ε=⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦∴==ρρΔ=Δ+Δ=⋅⋅+⋅⋅=∵13:14:49习题讲解34出口温度300℃流量()Wkgs=××××=−797774131050529452..πa).试验段出口至换热器入口：330116111112115111113001600.001416689.36101705.921.5284Re3.01810mkgkgmsmtCPbvPasWvVvddVv−===μ=×⋅ρ====π==×μ试验段热交换器13:14:49习题讲解35111116315211111122110.0015100.00551200000.0146253.018101516262330705.921.5280.649422felacfLVPfPadPgzPaPVPKPa⎡⎤⎛⎞⎢⎥=+×+=⎜⎟×⎢⎥⎝⎠⎣⎦ρΔ==Δ=ρΔ=Δ=ρ×Δ==×=13:14:49习题讲解36试验段热交换器b).热交换器内压降ReRe.Pr....RePr............2153030208043302330120232622301810085856771054481000235235523556771025101188811888251015400529454481019422903000133819336101==×==×=×===⋅=×××===×××××××==−=∴==×⋅==−−−−−kWmCCJkgCNuhNukdWmCthFtWCCtttCvmkgPasvppΔΔΔπμρ()74733405294000133814251014433222232....kgmVWvdms==×××=−ππRe....222223652510144374733933610288810==××××=×−−dVρμ13:14:49习题讲解37163250.6w2f0.0015100.00551200000.0146253.018100.0160fff⎡⎤⎛⎞⎢⎥=+×+=⎜⎟×⎢⎥⎝⎠⎣⎦⎛⎞μ==⎜⎟μ⎝⎠()222222222231752201751felaLVPfPadPPGvvPaρΔ==Δ=Δ=−=−13:14:49习题讲解38c).换热器出口至试验段入口：330633333332335333333001600.001416689.36101705.921.5284Re3.01810mkgkgmsmtCpbvPasWvVvddVv−===μ=×⋅ρ====π==×μf365130005512000000015251027691000148=+×+×⎛⎝⎜⎞⎠⎟⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥=....33323333333323359272145300314832felacLVPfPadPgzPaPVPKPaρΔ==Δ=ρΔ=−Δ=ρΔ==试验段热交换器13:14:49习题讲解39d).试验段内：33063333333233533333280.61600.001306597.37101756.41.4094Re2.76910mkgkgmsmtCPbvPasWvVvddVv−===μ=×⋅ρ====π==×μf465130005512000000015131055541000143=+×+×⎛⎝⎜⎞⎠⎟⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥=....()()44424444444213222432140492747.339.81.287891751110.71381114446felainexexexLVPfPadPgzPaPGvvPaWPPaAAPGvPaρΔ==Δ=ρΔ=××=Δ=−=⎛⎞Δ=−=⎜⎟ρ⎝⎠Δ=−σ−σ=−试验段热交换器13:14:49习题讲解40()()()()()13244115166233752059271453014049878913811444649414831751175134078iifelinexccaaiPPPPPPPPPPa=∴Δ=Δ+Δ+Δ+Δ+Δ+Δ+Δ+Δ=++++−+++−++−+=∑13:14:49习题讲解415.4已知压水堆某通道出口、入口水温分别为320℃和280℃，压力为15.5MPa，元件外径为10.72mm，活性段高度3.89m，栅距14.3mm，包壳平均壁温320℃，当入口质量流密度为1.138×107kg/(m2·s)的时候，求沿程摩擦压降、提升压降和加速压降。13:14:49习题讲解4213:14:49习题讲解435.5如图所示，有一低压安注箱直径为5m，箱内液位高度为15m，已知氮气压力为1.0MPa，注入管道直径为20cm，计算反应堆内压力分别为0.8MPa和0.2MPa的情况下的注入流量。水1.0MPa氮气反应堆15m20cm5m()212121220.5mKppghqAAppghKKρυ=−+ρ=ρυ=ρ−+ρρ=13:14:49习题讲解445.6某压水堆有38000根燃料棒，堆芯总流量是15Mg/s。燃料棒高度为3.7m，外径11.2mm，正方形排列，栅距14.7mm，水的密度取720kg/m3，动力粘度为91μPa·s