核反应堆热工水力分析第四章习题.pdf
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核反应堆热工水力分析第四章习题第一步,计算等温流的摩擦压降。
等温时,回路的摩擦压降由试验段的摩擦压降1fp和其他管段的摩擦压降2fp组成。
(1)根据回路运行压力16pMPa=,水温260tC=,查表得水的密度0和粘性系数0。
(2)对试验段:
直径10013d.m=,流速15Vms=,管长112L.m=,计算雷诺数11010dVRe=,查表4-1得到工业用钢管的粗糙度0046.mm=,故可算出1d,结合1Re,查莫迪图4-1得到摩擦系数1f,用Darcy公式计算摩擦压降2111112fLVpfd=(3)对其他管段:
直径10025d.m=,管长21LLL=,总管长18Lm=。
根据连续性方程计算其他管段的流速2V1122AVAV=,故211211222AdVVVAd=计算雷诺数22020dVRe=,根据2d,结合2Re,查莫迪图4-1,得到摩擦系数2f,用Darcy公式计算摩擦压降2222222fLVpfd=(4)计算回路的摩擦压降:
12fffppp=+第二步,计算试验段加热的回路压降。
回路压降p应包括摩擦压降fp,提升压降elp,加速压降ap和弯头的形阻压降cp。
(1)摩擦压降cp:
回路的摩擦压降cp由试验段的摩擦压降1fp,热交换器段的摩擦压降2fp,其他管段的摩擦压降3fp构成。
对试验段对试验段,进口温度1260f,intC=,出口温度1300f,outtC=,主流温度1112f,inf,outfttt+=。
根据运行压力16pMPa=,试验段主流温度1ft,查表得水的密度1,粘性系数1,普朗特数1Pr和比热1pc。
a,计算雷诺数11111dVRe=,b,结合1d和1Re,查莫迪图4-1得到等温流的摩擦系数1,isof,考虑试验段为非等温流,11nw,nso,isofff=,其中0f=,而w由壁面温度1wt决定,因此需建立能量方程求解wt。
c,根据圆管内强迫对流换热公式计算流体与壁面的对流换热系数()111fhfRe,Pr=,d,根据能量方程:
()()2111111111114fwfpf,outf,inddLhttLctt=,计算壁面温度1wt()1111111114wfpf,outf,infdttLctth=+,由此查表得到w,进而计算得到1,nsof用Darcy公式计算摩擦压降21111112f,nsoLVpfd=对换热器管段对换热器管段,进口温度2300f,intC=,出口温度2260f,outtC=,主流温度22212f,inf,outfftttt+=。
因此该管段流体物性和实验管段相同,水的密度21=,粘性系数21=,普朗特数21PrPr=和比热21ppcc=。
采用同试验段相同的方法计算换热器管段的摩擦压降:
2fp其他管段为等温管段其他管段为等温管段,采用第一步计算中,(3)点相同的方法计算摩擦压降3fp,只是213LLLL=,其中换热器管长315L.m=回路的摩擦压降计算为回路的摩擦压降计算为123ffffpppp=+由于回路的密度变化很小,可以忽略提升压降和加速压降,因此0elp=,0ap=。
计算局部压降计算局部压降cp。
回路的局部压降需计算试验段出口截面突然扩大的形阻压降1cp,试验段入口截面突然缩小的形阻压降2cp,四个弯头的形阻压降3cp。
(1)截面突然扩大的形阻压降2222211111112221122cAVdVpAd=
(2)截面突然缩小的形阻压降22222222212112111440707cWWp.AAdd=为计算2cp,先计算回路中的质量流量21111114dWAVV=(3)四个弯头的形阻压降2211223322cVVpKK=+,其中形阻系数查附录得到K=0.3,假设4RD=由此,试验段加热情况下回路的总压降felacppppp=+略,见教案PPT。
第一步,均匀加热时。
根据运行压力48p.MPa=,查附录表-1
(1)得到饱和水的温度st,饱和水的焓fsh和饱和水蒸汽的焓gsh。
因此进入通道的水温度:
f,inssubttt=,式中过冷度13subtC=根据p和f,int,查表-1
(2)得到进入通道的冷却剂焓f,inh根据出口含气量计算出口焓:
fsegsfshhxhh=,因此()f,outegsfgfshxhhh=+均匀加热时,通道热流密度不变,()()fsinexinlVhhVhhqLH=,其中L是不沸腾段的长度,18H.m=是通道总长。
由此得到:
()()exinfsinhhLHhh=第二步,采用正旋加热时,()00rfsinVhhqsinxdx=,()100exinVhhqsinxdx=,LrH=两式相除,得到()()010rfsinexinsinxdxhhhhsinxdx=由此可以解出r,进而计算出不沸腾段的长度L。
根据工作压力83p.MPa=,查附录-1,得到冷却剂水的饱和温度st、水的饱和焓fsh和比密度fs、水蒸汽的饱和焓gsh和比密度gs。
根据进口水的欠热度subt,计算进口水温:
f,inssubttt=,根据进口水温,查附录-2得到进口水的焓inh不沸腾段长度12noL.m=,对其列能量方程:
()00LrfsinVhhqsinxdx=,noLLrL=,而36L.m=由此得到:
()00LfsinrVhhqsinxdx=对通道整体列能量方程:
()()110000LfsinexinrVhhsinxdxVhhqsinxdxsinxdx=因此()()100Lfsinexinrhhsinxdxhhsinxdx=,解得出口焓()100Lfsinexinrhhsinxdxhhsinxdx=+根据出口焓计算出口含气量:
exfsegsfshhxhh=假定1S=,根据出口含气量ex计算空泡份额ex:
111exfseegsxSx=+根据运行压力10pMPa=,查附录-1,得到冷却剂水的饱和温度st、水的饱和焓fsh和比密度fs、水蒸汽的饱和焓gsh和比密度gs。
对不沸腾段列能量方程:
()tfsinnoWhhdLq=,由此解得()tfsinnoWhhLdq=即沸腾起始点高度。
对整个通道2Lm=列能量方程:
()texinWhhdLq=,由此解得出口焓texinWhhdLq=+根据出口焓计算出口含气量:
exfsegsfshhxhh=根据运行压力18pMPa=,查附录-1,得到冷却剂水的饱和温度st、水的饱和焓fsh和比密度fs,粘性系数fs;水蒸汽的饱和焓gsh和比密度gs,粘性系数gs。
首先计算全液相压降梯度:
2002fsfdpfGvDdz=,其中Fanning摩擦系数00250079.fRe=。
为计算雷诺数ffsfsuDRev=,计算液相流速为24fsffsWuD=计算流体的质量流密度:
24fsWGD=,依次回代计算全液相摩擦压降梯度0fdpdz根据全液相摩擦压降梯度计算两相摩擦压降梯度如下:
025011.fgfgeefffsgsvdpdpxxdzdzv=+根据运行压力85927p.MPa=,查附录-1,得到冷却剂水的饱和温度st、水的饱和焓fsh和比密度fs,粘性系数fs;水蒸汽的饱和焓gsh和比密度gs,粘性系数gs。
为计算通道的出口含气量,对通道列能量方程:
12fgefsinBhxVAqlL=,故12Be,exfgfsinqlLxhVA=根据分离流模型计算沿通道的压降为p:
()()()22202200200121111e,exe,exxxe,exBfsgse,exBffsgsfsee,exexfse,exexxfLGvvxgsinLpdxGvdxDxvx=+
(1)计算式中第一项202100021e,exxBfsfe,exfLGvpdxDx=。
为此,计算Fanning摩擦系数00250079.fRe=,其中雷诺数inefsfsVDRev=,当量直径()121242ellDll=+;计算通道的质量流密度fsinGV=根据运行压力p和出口含气量,可以查图4-15,得到20001e,exxfe,exdxx
(2)计算式中第二项()()22222111e,exgse,exfsexfsexxvxpGvv=+为此,假定1S=,根据出口含气量e,exx计算空泡份额ex:
111exfse,exe,exgsxx=+(3)计算式中第三项()301e,exxBgsfsee,exgsinLpdxx=+,因入口是饱和水,因此沿程含气量ex和空泡份额都不变。
()30e,exxBBfsexfgefse,exexfge,exe,exe,exgsinLgsinLpdxxxxx=+=+故通道的流动压降计算为:
123pppp=+根据运行压力1pMPa=,查附录-1,得到饱和水的焓fsh和比密度fs;水蒸汽的饱和焓gsh和比密度gs。
已知1002D.m=,2005D.m=,08tW.kgs=,004ex.=两相流体经过截面突然扩大的通道,假定均匀流,压力的变化计算为:
2122212111fgtfsefsvppWvxAAAv=+,其中2114DA=,2224DA=同样假定均匀流,局部压力损失计算为:
221212112fgtc,tpfsefsvWApvxAAv=+破口流通道的长度6Lm=,破口直径03d.m=,初始压力5013813810p.MPaPa=,背压510bpPa=计算长径比62003Ld.=,因此属于长通道,查图4-25得到临界压比0cpp,由此计算临界压力cp。
比较临界压力cp和背压bp,因cbpp,故破口流为临界流。
根据cp和0p查图4-28,得到通道上游的制止焓0h。
根据上游的制止焓0h和初始压力0p,查图4-27,得到破口汽水混合物的临界质量流密度cG计算破口的冷却剂丧失率,即质量流量为:
24tccdWG=根据加热通道的动量方程dg,exg,exf,exf,exf,inf,inpAWVWVWV=+,其中dp为驱动压头。
根据连续方程,g,exf,exf,intWWWW+=,即()214g,exgsf,exfstdVVW+=根据滑速比S,知气相速度g,exf,exVSV=又根据运行压力10pMPa=,查附录-1,得到冷却剂水的饱和温度st、水的饱和焓fsh和比密度fs、水蒸汽的饱和焓gsh和比密度gs,结合滑速比S和4-5题计算出口含气量ex,可计算出口空泡份额:
111fseegsvxSxv=+根据出口空泡份额和前面的连续方程,可计算出口气相速度g,exV和液相速度f,exV。
根据连续方程f,intWW=求通道进口流速24tf,inf,inWvVd=将出口气相速度g,exV和液相速度f,exV和进口流速f,inV带入动量方程,可以计算驱动压头。
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- 核反应堆 水力 分析 第四 习题
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