反应堆工程 CPI MANUSCRIPT 2.ppt

第三章第三章 核反应堆水力计算核反应堆水力计算ØØ 水力计算的任务水力计算的任务水力计算的任务水力计算的任务    堆内的释热，通常是由流动的冷却剂带出堆外的堆芯的堆内的释热，通常是由流动的冷却剂带出堆外的堆芯的堆内的释热，通常是由流动的冷却剂带出堆外的堆芯的堆内的释热，通常是由流动的冷却剂带出堆外的堆芯的输热能力与冷却剂的流动特性密切相关因此，在反应堆热工输热能力与冷却剂的流动特性密切相关因此，在反应堆热工输热能力与冷却剂的流动特性密切相关因此，在反应堆热工输热能力与冷却剂的流动特性密切相关因此，在反应堆热工分析中，不仅要分析中，不仅要分析中，不仅要分析中，不仅要弄清楚堆内的热源分布和传热特性弄清楚堆内的热源分布和传热特性弄清楚堆内的热源分布和传热特性弄清楚堆内的热源分布和传热特性，而且也要，而且也要，而且也要，而且也要弄清楚与堆内冷却流动剂有关的流体力学方面的问题弄清楚与堆内冷却流动剂有关的流体力学方面的问题弄清楚与堆内冷却流动剂有关的流体力学方面的问题弄清楚与堆内冷却流动剂有关的流体力学方面的问题1水力分析的任务：水力分析的任务：水力分析的任务：水力分析的任务： (1) (1) 计算冷却剂的流动压降，以便确定：计算冷却剂的流动压降，以便确定：计算冷却剂的流动压降，以便确定：计算冷却剂的流动压降，以便确定：  堆芯各冷却剂通道内的流量及其分布。

堆芯各冷却剂通道内的流量及其分布堆芯各冷却剂通道内的流量及其分布堆芯各冷却剂通道内的流量及其分布  合理的堆芯冷却剂流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及合理的堆芯冷却剂流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及合理的堆芯冷却剂流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及合理的堆芯冷却剂流量和合理的一回路管道、部件的尺寸以及冷却剂循环泵所需要的功率冷却剂循环泵所需要的功率冷却剂循环泵所需要的功率冷却剂循环泵所需要的功率 (2) (2) 定出自然循环输热能力定出自然循环输热能力定出自然循环输热能力定出自然循环输热能力 (3) (3) 寻求改善或消除流动不稳定性的方法寻求改善或消除流动不稳定性的方法寻求改善或消除流动不稳定性的方法寻求改善或消除流动不稳定性的方法 2ØØ 本章的内容本章的内容本章的内容本章的内容üü 单相流体的流动压降单相流体的流动压降单相流体的流动压降单相流体的流动压降ü 两两相流体的流动压降相流体的流动压降相流体的流动压降相流体的流动压降üü 临界流临界流临界流临界流üü 流动不稳定性流动不稳定性流动不稳定性流动不稳定性üü 反应堆冷却剂系统压降与流量计算反应堆冷却剂系统压降与流量计算反应堆冷却剂系统压降与流量计算反应堆冷却剂系统压降与流量计算3 Δ Δp p = = p p1 1 - - p p2 2 = Δ = Δp pel el +Δ+Δp pa a +Δ +Δp pf f +Δ+Δp pc c p p1 1与与与与p p2 2  流体在通道截面流体在通道截面流体在通道截面流体在通道截面1 1与与与与2 2处的静压力；处的静压力；处的静压力；处的静压力； Δ Δp pel el  提升压降提升压降提升压降提升压降；；；； Δ Δp pa a  加速压降加速压降加速压降加速压降；；；； Δ Δp pf f  摩擦压降摩擦压降摩擦压降摩擦压降；；；； Δ Δp pc c  形阻压降形阻压降形阻压降形阻压降，或，或，或，或局部压降局部压降局部压降局部压降。

3.13.1 单相流体的流动压降单相流体的流动压降单相流体的流动压降单相流体的流动压降43.1.1 3.1.1 提升压降提升压降提升压降提升压降 ◘ ◘ 单相流体流经单相流体流经单相流体流经单相流体流经非水平通道非水平通道非水平通道非水平通道时的提升压降可用下式表示：时的提升压降可用下式表示：时的提升压降可用下式表示：时的提升压降可用下式表示： 式中，式中，式中，式中，    为为为为通道轴线与水平面间的夹角通道轴线与水平面间的夹角通道轴线与水平面间的夹角通道轴线与水平面间的夹角上式积分后可得：上式积分后可得：上式积分后可得：上式积分后可得： 53.1.2 3.1.2 加速压降加速压降加速压降加速压降 ◘ ◘ 它是由于它是由于它是由于它是由于流通截面发生变化流通截面发生变化流通截面发生变化流通截面发生变化或或或或流体密度发生变化流体密度发生变化流体密度发生变化流体密度发生变化时引起流速变化，时引起流速变化，时引起流速变化，时引起流速变化，从而使静压也随之变化从而使静压也随之变化。

从而使静压也随之变化从而使静压也随之变化 ◘ ◘ 流速增大，静压减小；流速减小，静压增大流速增大，静压减小；流速减小，静压增大流速增大，静压减小；流速减小，静压增大流速增大，静压减小；流速减小，静压增大 ◘ ◘ 加速压降可用下式表示，即：加速压降可用下式表示，即：加速压降可用下式表示，即：加速压降可用下式表示，即： 等截面稳态流动时等截面稳态流动时等截面稳态流动时等截面稳态流动时    v v = = G G 为常数，上式积分得：为常数，上式积分得：为常数，上式积分得：为常数，上式积分得： 等密度稳态流动时等密度稳态流动时等密度稳态流动时等密度稳态流动时，上式积分得：，上式积分得：，上式积分得：，上式积分得： 63.1.3 3.1.3 沿程沿程沿程沿程摩擦压降摩擦压降摩擦压降摩擦压降 计计计计算算算算单单单单相相相相流流流流的的的的沿沿沿沿程程程程摩摩摩摩擦擦擦擦压压压压降降降降，，，，普普普普遍遍遍遍采采采采用用用用达达达达西西西西（（（（D Da ar rc cy y））））公公公公式式式式，，，，即即即即：：：：式式式式中中中中，，，，Δ Δp pf f ———— 摩摩摩摩擦擦擦擦压压压压降降降降，，，，P Pa a；；；； f f ———— 达达达达西西西西- -韦韦韦韦斯斯斯斯巴巴巴巴赫赫赫赫（（（（D Da ar rc cy y- -WWe ei is sb ba ac ch h））））摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数，，，，无无无无因因因因次次次次；；；；L L ———— 通通通通道道道道长长长长度度度度，，，，mm；；；；D De e ———— 通通通通道道道道的的的的当当当当量量量量直直直直径径径径，，，，mm；；；；r r———— 流流流流体体体体的的的的密密密密度度度度，，，，k kg g/ /mm3 3；；；；v v ———— 流流流流体体体体的的的的速速速速度度度度，，，，mm/ /s s。

73.1.3.1 3.1.3.1 等温流动的摩擦系数等温流动的摩擦系数等温流动的摩擦系数等温流动的摩擦系数 (a) (a) 圆形通道圆形通道圆形通道圆形通道 流态不同，摩擦系数的计算公式也不同，而流态可用流态不同，摩擦系数的计算公式也不同，而流态可用流态不同，摩擦系数的计算公式也不同，而流态可用流态不同，摩擦系数的计算公式也不同，而流态可用雷诺数雷诺数雷诺数雷诺数 Re Re 来判别来判别来判别来判别 对于对于对于对于圆形或矩形通道圆形或矩形通道圆形或矩形通道圆形或矩形通道，一般认为：，一般认为：，一般认为：，一般认为： Re < 2320 Re < 2320：：：： 层流区；层流区；层流区；层流区； 2320 < Re <102320 < Re <104 4：：：： 临界区与过渡区；临界区与过渡区；临界区与过渡区；临界区与过渡区； Re > 10Re > 104 4：：：： 湍流区。

湍流区8  湍流区湍流区湍流区湍流区: : 层流区层流区层流区层流区: :9 棒束棒束工程应用公式工程应用公式 f f 按圆形通道公式计算的摩擦系数按圆形通道公式计算的摩擦系数, a, b ――, a, b ――实验常数实验常数  对于正方形排列：对于正方形排列： 对于三角形排列：对于三角形排列： (b)(b)(b)(b) 棒束通道棒束通道棒束通道棒束通道 103.1.4 3.1.4 局部局部局部局部压降（形阻压降）压降（形阻压降）压降（形阻压降）压降（形阻压降） 一般只能由实验确定一般只能由实验确定一般只能由实验确定一般只能由实验确定  提升压降和沿程摩擦压降均可忽略提升压降和沿程摩擦压降均可忽略提升压降和沿程摩擦压降均可忽略提升压降和沿程摩擦压降均可忽略 局部压降的计算公式形式为：局部压降的计算公式形式为：局部压降的计算公式形式为：局部压降的计算公式形式为： k k 称为称为称为称为局部损失系数局部损失系数局部损失系数局部损失系数。

11(a) (a) (a) (a) 截面突然扩大截面突然扩大截面突然扩大截面突然扩大 式中，式中，式中，式中，k ke e =[1-(=[1-(A A1 1/ /A A2 2)] )]2 2为为为为截面突然扩大的形阻系数截面突然扩大的形阻系数截面突然扩大的形阻系数截面突然扩大的形阻系数 由于由于由于由于A A1 1 < < A A2 2时，上式右边是负值即时，上式右边是负值即时，上式右边是负值即时，上式右边是负值即p p1 1 < < p p2 2可见，流体在面积突扩时将产流体在面积突扩时将产流体在面积突扩时将产流体在面积突扩时将产生一负的压降生一负的压降生一负的压降生一负的压降，亦即，，亦即，，亦即，，亦即，流体静压力将有所回升流体静压力将有所回升流体静压力将有所回升流体静压力将有所回升12(b) (b) (b) (b) 截面突然缩小截面突然缩小截面突然缩小截面突然缩小 式中，式中，式中，式中，v v2 2  缩口下游流体的速度，缩口下游流体的速度，缩口下游流体的速度，缩口下游流体的速度，     是个无因次经验系数，一般取是个无因次经验系数，一般取是个无因次经验系数，一般取是个无因次经验系数，一般取0.4 0.4     0.5 0.5；；；；k kc c 截面突然缩小的形阻系数。

截面突然缩小的形阻系数截面突然缩小的形阻系数截面突然缩小的形阻系数 13截面突然缩小的压降截面突然缩小的压降截面突然缩小的压降截面突然缩小的压降为：为：为：为： 由于由于由于由于A A2 2 < < A A1 1时，上式右边是正值即时，上式右边是正值即时，上式右边是正值即时，上式右边是正值即p p2 2 < < p p1 1可见，流体在截面突缩时将导流体在截面突缩时将导流体在截面突缩时将导流体在截面突缩时将导致一正的压降致一正的压降致一正的压降致一正的压降，亦即，，亦即，，亦即，，亦即，流体静压力将有所下降流体静压力将有所下降流体静压力将有所下降流体静压力将有所下降14(c) (c) (c) (c) 弯管、接管与阀门弯管、接管与阀门弯管、接管与阀门弯管、接管与阀门 当流体流过通道中各种形状的弯管、接管、阀门时也将引当流体流过通道中各种形状的弯管、接管、阀门时也将引当流体流过通道中各种形状的弯管、接管、阀门时也将引当流体流过通道中各种形状的弯管、接管、阀门时也将引起压力损失由于成局部压降的流体力学性质是一样的，通常起压力损失。

由于成局部压降的流体力学性质是一样的，通常起压力损失由于成局部压降的流体力学性质是一样的，通常起压力损失由于成局部压降的流体力学性质是一样的，通常把形阻压降用流体动能变化若干倍来表示把形阻压降用流体动能变化若干倍来表示把形阻压降用流体动能变化若干倍来表示把形阻压降用流体动能变化若干倍来表示，即，即，即，即 式中，式中，式中，式中，k kc c  形阻系数形阻系数形阻系数形阻系数，由，由，由，由实验测定实验测定实验测定实验测定，其值可，其值可，其值可，其值可在有关手册上查到在有关手册上查到在有关手册上查到在有关手册上查到15 3.2 3.2 两相流体的流动压降两相流体的流动压降两相流体的流动压降两相流体的流动压降3.2.1 3.2.1 两相流动基础两相流动基础两相流动基础两相流动基础    反应堆中的两相过程反应堆中的两相过程反应堆中的两相过程反应堆中的两相过程 ◘ ◘ 在在在在BWRBWR正常运行时，堆芯内的冷却剂是含汽的；正常运行时，堆芯内的冷却剂是含汽的；正常运行时，堆芯内的冷却剂是含汽的；正常运行时，堆芯内的冷却剂是含汽的； ◘ ◘ PWRPWR虽然在正常运行时堆的出口是不含汽的，但堆芯内最热通虽然在正常运行时堆的出口是不含汽的，但堆芯内最热通虽然在正常运行时堆的出口是不含汽的，但堆芯内最热通虽然在正常运行时堆的出口是不含汽的，但堆芯内最热通道却允许饱和沸腾，其含汽量可达道却允许饱和沸腾，其含汽量可达道却允许饱和沸腾，其含汽量可达道却允许饱和沸腾，其含汽量可达8 8％；％；％；％； ◘ ◘ 尤其在事故情况下，堆芯内冷却剂不仅可能含汽，而且可能变为尤其在事故情况下，堆芯内冷却剂不仅可能含汽，而且可能变为尤其在事故情况下，堆芯内冷却剂不仅可能含汽，而且可能变为尤其在事故情况下，堆芯内冷却剂不仅可能含汽，而且可能变为过热蒸汽；过热蒸汽；过热蒸汽；过热蒸汽； ◘ ◘ 严重事故；严重事故；严重事故；严重事故； ◘ ◘ 163.2.1.1 3.2.1.1 两相流动概念与参数两相流动概念与参数两相流动概念与参数两相流动概念与参数 (a) (a) 两相流动通道两相流动通道两相流动通道两相流动通道 A A 表示流道横截面，其中，汽相占有的流道表示流道横截面，其中，汽相占有的流道表示流道横截面，其中，汽相占有的流道表示流道横截面，其中，汽相占有的流道截面为截面为截面为截面为A Ag g，液相为，液相为，液相为，液相为A Af f。

且有且有A A = = A Ag g + + A Af f (b) (b) 质量流量质量流量质量流量质量流量WW与质量流速与质量流速与质量流速与质量流速G G 单位时间内流过任一截面的两相混合物的质量称为单位时间内流过任一截面的两相混合物的质量称为单位时间内流过任一截面的两相混合物的质量称为单位时间内流过任一截面的两相混合物的质量称为两相流体质量流量两相流体质量流量两相流体质量流量两相流体质量流量WW（（（（kg/skg/s） 流道单位截面通过的质量流量称为流道单位截面通过的质量流量称为流道单位截面通过的质量流量称为流道单位截面通过的质量流量称为质量流速质量流速质量流速质量流速或或或或质量流密度质量流密度质量流密度质量流密度G G [kg/(m[kg/(m2 2   s)]s)]17 (c) (c) 含气（汽）率含气（汽）率含气（汽）率含气（汽）率 含汽率是含汽率是含汽率是含汽率是质量含汽率质量含汽率质量含汽率质量含汽率的简称，又称为两相混合物的的简称，又称为两相混合物的的简称，又称为两相混合物的的简称，又称为两相混合物的干度（干度（干度（干度（QualityQuality））））。

它它表示表示表示表示汽液混合物的总质量流量中汽相流量所占的份额汽液混合物的总质量流量中汽相流量所占的份额汽液混合物的总质量流量中汽相流量所占的份额汽液混合物的总质量流量中汽相流量所占的份额 x x 从从从从热力学平衡与否角度热力学平衡与否角度热力学平衡与否角度热力学平衡与否角度来分来分来分来分热力学平衡含汽率热力学平衡含汽率热力学平衡含汽率热力学平衡含汽率（简称（简称（简称（简称平衡含汽率平衡含汽率平衡含汽率平衡含汽率））））x xe e上式中，上式中，上式中，上式中，h h 为两相混合物的焓，为两相混合物的焓，为两相混合物的焓，为两相混合物的焓，h hf f 为液相焓，为液相焓，为液相焓，为液相焓，h hfgfg = = h hg gs s – – h hf fs s 为气液两相饱和焓差，为气液两相饱和焓差，为气液两相饱和焓差，为气液两相饱和焓差，即汽化潜热平衡含气率即汽化潜热平衡含气率即汽化潜热平衡含气率即汽化潜热平衡含气率 x xe e 的取值可以的取值可以的取值可以的取值可以小于小于小于小于0 0，也可以，也可以，也可以，也可以大于大于大于大于1 1或或或或在在在在0 0与与与与1 1之间之间之间之间。

它们它们分别对应于分别对应于分别对应于分别对应于欠热欠热欠热欠热、、、、过热过热过热过热及及及及饱和饱和饱和饱和状态 18（（（（d d））））空泡份额（截面含汽率空泡份额（截面含汽率空泡份额（截面含汽率空泡份额（截面含汽率 或或或或 体积含汽率）体积含汽率）体积含汽率）体积含汽率） 空泡份额（空泡份额（空泡份额（空泡份额（Void FractionVoid Fraction））））是：流动系统中，是：流动系统中，是：流动系统中，是：流动系统中，气相占据整个两相混合物的相对气相占据整个两相混合物的相对气相占据整个两相混合物的相对气相占据整个两相混合物的相对体积体积体积体积，或，，或，，或，，或，汽相截面积汽相截面积汽相截面积汽相截面积 A Ag g 所占通道截面积所占通道截面积所占通道截面积所占通道截面积 A A 的份额的份额的份额的份额19(d) (d) 滑速比滑速比滑速比滑速比 在两相流中，汽相平均速度和液相平均速度可以相等，也可在两相流中，汽相平均速度和液相平均速度可以相等，也可在两相流中，汽相平均速度和液相平均速度可以相等，也可在两相流中，汽相平均速度和液相平均速度可以相等，也可不相等。

若其中蒸汽的平均速度是不相等若其中蒸汽的平均速度是不相等若其中蒸汽的平均速度是不相等若其中蒸汽的平均速度是v vg g，液体的平均速度，液体的平均速度，液体的平均速度，液体的平均速度 v vf f，则，则，则，则定义定义定义定义v vg g 与与与与 v vf f 之比为滑速比之比为滑速比之比为滑速比之比为滑速比S S，即：，即：，即：，即：203.2.2.1 3.2.2.1 基于均匀流模型的两相压降的计算基于均匀流模型的两相压降的计算基于均匀流模型的两相压降的计算基于均匀流模型的两相压降的计算 均匀流模型是把两相流看作是一个具有从每一相物性导出的平均（折合）物均匀流模型是把两相流看作是一个具有从每一相物性导出的平均（折合）物均匀流模型是把两相流看作是一个具有从每一相物性导出的平均（折合）物均匀流模型是把两相流看作是一个具有从每一相物性导出的平均（折合）物性的假想单相流性的假想单相流性的假想单相流性的假想单相流 均匀流模型的基本假设是：均匀流模型的基本假设是：均匀流模型的基本假设是：均匀流模型的基本假设是：– –汽相和液相的流速相等（滑速比汽相和液相的流速相等（滑速比汽相和液相的流速相等（滑速比汽相和液相的流速相等（滑速比S S = 1 = 1）；）；）；）；– –两相间处于热力学平衡状态；两相间处于热力学平衡状态；两相间处于热力学平衡状态；两相间处于热力学平衡状态；– –使用合理确定的单相摩擦系数。

使用合理确定的单相摩擦系数使用合理确定的单相摩擦系数使用合理确定的单相摩擦系数 对对对对流速大流速大流速大流速大和和和和压力高压力高压力高压力高的情况尤为适用的情况尤为适用的情况尤为适用的情况尤为适用 3.2.2 3.2.2 两相流动压降计算两相流动压降计算两相流动压降计算两相流动压降计算21密度：密度：密度：密度：粘度：粘度：粘度：粘度：22 若折合粘度用若折合粘度用若折合粘度用若折合粘度用McAdamsMcAdams关系式关系式关系式关系式求取，则求取，则求取，则求取，则两相摩擦压降（梯度）两相摩擦压降（梯度）两相摩擦压降（梯度）两相摩擦压降（梯度）写为：写为：写为：写为：式中，式中，式中，式中，-( -(dpdp/ /dzdz) )f f0 0表示表示表示表示把全部两相流量把全部两相流量把全部两相流量把全部两相流量G G 都视为液体时计算的全液相摩擦压都视为液体时计算的全液相摩擦压都视为液体时计算的全液相摩擦压都视为液体时计算的全液相摩擦压降（梯度）降（梯度）降（梯度）降（梯度） 由此我们可看到由此我们可看到由此我们可看到由此我们可看到计算两相沿程摩擦压降（梯度）的一般思路计算两相沿程摩擦压降（梯度）的一般思路计算两相沿程摩擦压降（梯度）的一般思路计算两相沿程摩擦压降（梯度）的一般思路，即：，即：，即：，即：两相摩擦压降＝单相摩擦压降两相摩擦压降＝单相摩擦压降两相摩擦压降＝单相摩擦压降两相摩擦压降＝单相摩擦压降××××两相摩擦乘子两相摩擦乘子两相摩擦乘子两相摩擦乘子23全液相两相摩擦乘子全液相两相摩擦乘子全液相两相摩擦乘子全液相两相摩擦乘子为：为：为：为：两相沿程摩擦压降（梯度）的计算式两相沿程摩擦压降（梯度）的计算式两相沿程摩擦压降（梯度）的计算式两相沿程摩擦压降（梯度）的计算式为：为：为：为：四种不同的定义！四种不同的定义！24Martinelli-Nelson Martinelli-Nelson 给出了给出了给出了给出了不同压力下水蒸汽不同压力下水蒸汽不同压力下水蒸汽不同压力下水蒸汽- -水的两相摩擦乘子水的两相摩擦乘子水的两相摩擦乘子水的两相摩擦乘子   f f0 02 2的数值的数值的数值的数值，，，，参见下表。

同时，参见下表同时，参见下表同时，参见下表同时，Martinelli-Nelson Martinelli-Nelson 还给出了还给出了还给出了还给出了不同压力下的不同压力下的不同压力下的不同压力下的     - - x x 及及及及    f f0 02 2 - - x x曲线曲线曲线曲线，参见下图参见下图参见下图参见下图a) (a) Martinelli-NelsonMartinelli-Nelson 两相沿程摩擦压降计算方法两相沿程摩擦压降计算方法两相沿程摩擦压降计算方法两相沿程摩擦压降计算方法25x,x, p p, MPa, MPa0.101 0.6893.446.899.313.817.220.722.1215.63.51.81.61.351.21.11.051.00530155.33.62.41.751.431.171.001069288.95.43.42.451.751.301.00201505616.28.65.13.252.191.511.00302458323.011.66.84.042.621.681.004035011529.214.48.44.823.021.831.005045014534.917.09.95.593.381.971.006054517440.019.411.16.343.702.101.007062519944.621.412.17.053.962.231.008068521648.622.912.87.704.152.351.009072021048.022.313.07.954.202.381.0010052513030.015.08.65.903.702.151.00水蒸汽水蒸汽水蒸汽水蒸汽- -水的水的水的水的M-NM-N模型两相摩擦乘子模型两相摩擦乘子模型两相摩擦乘子模型两相摩擦乘子 值值值值 26Martinelli-NelsonMartinelli-Nelson的的的的    - -x x 曲线曲线曲线曲线（（（（M-NM-N空泡份额关系式）空泡份额关系式）空泡份额关系式）空泡份额关系式） Martinelli-NelsonMartinelli-Nelson的的的的 - -x x 曲线曲线曲线曲线（（（（M-NM-N摩擦压降关系式）摩擦压降关系式）摩擦压降关系式）摩擦压降关系式）  相同含汽量，压力越大，空泡份额越小。

相同压力，则含汽量越大，空泡份相同含汽量，压力越大，空泡份额越小相同压力，则含汽量越大，空泡份相同含汽量，压力越大，空泡份额越小相同压力，则含汽量越大，空泡份相同含汽量，压力越大，空泡份额越小相同压力，则含汽量越大，空泡份额越大  压力越大，倍数越小压力越大，倍数越小压力越大，倍数越小压力越大，倍数越小; ; 在含汽量小于在含汽量小于在含汽量小于在含汽量小于80%80%时，含汽量越大，倍数越大时，含汽量越大，倍数越大时，含汽量越大，倍数越大时，含汽量越大，倍数越大273.33.3 临界流临界流临界流临界流 定义：定义：定义：定义： 任一流动系统放空速率取决于流体从出口（或破口）流出速率，任一流动系统放空速率取决于流体从出口（或破口）流出速率，任一流动系统放空速率取决于流体从出口（或破口）流出速率，任一流动系统放空速率取决于流体从出口（或破口）流出速率，即质量流量当流体自系统中流出的速率不再受下游压力下降的影响时，即质量流量当流体自系统中流出的速率不再受下游压力下降的影响时，即质量流量当流体自系统中流出的速率不再受下游压力下降的影响时，即质量流量。

当流体自系统中流出的速率不再受下游压力下降的影响时，这种流动就称为这种流动就称为这种流动就称为这种流动就称为临界流临界流临界流临界流或或或或壅塞流壅塞流壅塞流壅塞流，对于单相流也称声速流对于单相流也称声速流对于单相流也称声速流对于单相流也称声速流 临界流对冷却剂丧失事故（临界流对冷却剂丧失事故（临界流对冷却剂丧失事故（临界流对冷却剂丧失事故（LOCALOCA）主要产生下列影响：）主要产生下列影响：）主要产生下列影响：）主要产生下列影响：     破口处的临界流量大小决定冷却剂丧失速率与系统破口处的临界流量大小决定冷却剂丧失速率与系统破口处的临界流量大小决定冷却剂丧失速率与系统破口处的临界流量大小决定冷却剂丧失速率与系统卸压速率卸压速率卸压速率卸压速率而卸压速率是过程的主宰量，它决定各安全系统与卸压速率是过程的主宰量，它决定各安全系统与卸压速率是过程的主宰量，它决定各安全系统与卸压速率是过程的主宰量，它决定各安全系统与应急冷却系统应急冷却系统应急冷却系统应急冷却系统（高压安注、（高压安注、（高压安注、（高压安注、安注水箱、低压安注系统）安注水箱、低压安注系统）安注水箱、低压安注系统）安注水箱、低压安注系统）的投入时间的投入时间的投入时间的投入时间，故会对事故中最高包壳温度产生，故会对事故中最高包壳温度产生，故会对事故中最高包壳温度产生，故会对事故中最高包壳温度产生相当大的影响。

相当大的影响相当大的影响相当大的影响    喷放时形成的喷放时形成的喷放时形成的喷放时形成的压力波及破口处的喷射力压力波及破口处的喷射力压力波及破口处的喷射力压力波及破口处的喷射力对回路内部构件、冷却剂对回路内部构件、冷却剂对回路内部构件、冷却剂对回路内部构件、冷却剂管道、安全壳结构产生巨大的作用力，可能造成这些部件结构上的损坏管道、安全壳结构产生巨大的作用力，可能造成这些部件结构上的损坏管道、安全壳结构产生巨大的作用力，可能造成这些部件结构上的损坏管道、安全壳结构产生巨大的作用力，可能造成这些部件结构上的损坏283.3.1 3.3.1 临界流概念临界流概念临界流概念临界流概念 外部介质中如有压力下降，则所形成的压力波在流体中传外部介质中如有压力下降，则所形成的压力波在流体中传外部介质中如有压力下降，则所形成的压力波在流体中传外部介质中如有压力下降，则所形成的压力波在流体中传播速度是以声速推进的，而对上游静止通道来说，压力波的播速度是以声速推进的，而对上游静止通道来说，压力波的播速度是以声速推进的，而对上游静止通道来说，压力波的播速度是以声速推进的，而对上游静止通道来说，压力波的绝绝绝绝对传播速度对传播速度对传播速度对传播速度等于等于等于等于声速与流体的流出速度二者之差声速与流体的流出速度二者之差声速与流体的流出速度二者之差声速与流体的流出速度二者之差。

随着随着p pb b的下的下的下的下降，流体流出速度逐渐增加，这个差值就会愈来愈小，直到背降，流体流出速度逐渐增加，这个差值就会愈来愈小，直到背降，流体流出速度逐渐增加，这个差值就会愈来愈小，直到背降，流体流出速度逐渐增加，这个差值就会愈来愈小，直到背压降低到出口速度等于声速时，这个压降低到出口速度等于声速时，这个压降低到出口速度等于声速时，这个压降低到出口速度等于声速时，这个差值等于零差值等于零差值等于零差值等于零这时通道出这时通道出这时通道出这时通道出口截面上的压力就是口截面上的压力就是口截面上的压力就是口截面上的压力就是临界压力临界压力临界压力临界压力p pc c 若再进一步降低背压若再进一步降低背压若再进一步降低背压若再进一步降低背压p pb b使之低于临界值，则由于使之低于临界值，则由于使之低于临界值，则由于使之低于临界值，则由于出口截面出口截面出口截面出口截面上的流出速度已等于声速，上的流出速度已等于声速，上的流出速度已等于声速，上的流出速度已等于声速，因而因而因而因而以声速推进的压力波就传播不以声速推进的压力波就传播不以声速推进的压力波就传播不以声速推进的压力波就传播不到通道的出口截面了到通道的出口截面了到通道的出口截面了到通道的出口截面了。

这时出口截面上的压力仍将是这时出口截面上的压力仍将是这时出口截面上的压力仍将是这时出口截面上的压力仍将是p pc c，它高，它高，它高，它高于外部压力于外部压力于外部压力于外部压力 29 两相流动不稳定性对存在沸腾、冷凝或其他两相流动的设备（例如两相流动不稳定性对存在沸腾、冷凝或其他两相流动的设备（例如两相流动不稳定性对存在沸腾、冷凝或其他两相流动的设备（例如两相流动不稳定性对存在沸腾、冷凝或其他两相流动的设备（例如水冷反应堆、蒸汽发生器等）的运行和安全会带来不良影响这些影响主水冷反应堆、蒸汽发生器等）的运行和安全会带来不良影响这些影响主水冷反应堆、蒸汽发生器等）的运行和安全会带来不良影响这些影响主水冷反应堆、蒸汽发生器等）的运行和安全会带来不良影响这些影响主要是：要是：要是：要是：（（（（1 1）））） 连续不断的流动振荡会引起设备产生连续不断的流动振荡会引起设备产生连续不断的流动振荡会引起设备产生连续不断的流动振荡会引起设备产生有害的机械振动有害的机械振动有害的机械振动有害的机械振动（甚至会引起（甚至会引起（甚至会引起（甚至会引起共振），导致设备的疲劳破坏。

共振），导致设备的疲劳破坏共振），导致设备的疲劳破坏共振），导致设备的疲劳破坏 流致振动！流致振动！流致振动！流致振动！ （（（（2 2））））流动振荡会使设备的局部热应力产生周期性变化，流动振荡会使设备的局部热应力产生周期性变化，流动振荡会使设备的局部热应力产生周期性变化，流动振荡会使设备的局部热应力产生周期性变化，导致热疲劳破坏导致热疲劳破坏导致热疲劳破坏导致热疲劳破坏 （（（（3 3））））流动振荡会流动振荡会流动振荡会流动振荡会影响局部传热性能影响局部传热性能影响局部传热性能影响局部传热性能，，，，使临界热流量大幅度下降使临界热流量大幅度下降使临界热流量大幅度下降使临界热流量大幅度下降，，，，诱发沸诱发沸诱发沸诱发沸腾危机提前腾危机提前腾危机提前腾危机提前实验表明，由于流动振荡，可使临界热流密度降低实验表明，由于流动振荡，可使临界热流密度降低实验表明，由于流动振荡，可使临界热流密度降低实验表明，由于流动振荡，可使临界热流密度降低4040％之多。

％之多 3.4 3.4 流动不稳定性流动不稳定性流动不稳定性流动不稳定性30稳态流动：稳态流动：稳态流动：稳态流动：当流动受到瞬时扰动，进入新的运行工况后，可渐渐地回复到原来的运当流动受到瞬时扰动，进入新的运行工况后，可渐渐地回复到原来的运当流动受到瞬时扰动，进入新的运行工况后，可渐渐地回复到原来的运当流动受到瞬时扰动，进入新的运行工况后，可渐渐地回复到原来的运行状态行状态行状态行状态，便称为（图，便称为（图，便称为（图，便称为（图a a、、、、b b）；）；）；）；静态流动不稳定性：静态流动不稳定性：静态流动不稳定性：静态流动不稳定性：若无法回到原来的稳定状态，而是稳定于某一新的运行状态若无法回到原来的稳定状态，而是稳定于某一新的运行状态若无法回到原来的稳定状态，而是稳定于某一新的运行状态若无法回到原来的稳定状态，而是稳定于某一新的运行状态则则则则称为（图称为（图称为（图称为（图c c）；）；）；）；动态流动不稳定性：动态流动不稳定性：动态流动不稳定性：动态流动不稳定性：当两相流动系统受到一瞬时扰动，如果在流动惯性和其它反馈当两相流动系统受到一瞬时扰动，如果在流动惯性和其它反馈当两相流动系统受到一瞬时扰动，如果在流动惯性和其它反馈当两相流动系统受到一瞬时扰动，如果在流动惯性和其它反馈效应作用下，产生了放大的或有限等幅的流动振荡效应作用下，产生了放大的或有限等幅的流动振荡效应作用下，产生了放大的或有限等幅的流动振荡效应作用下，产生了放大的或有限等幅的流动振荡（图（图（图（图d d、、、、e e）。

稳定流动和不稳定流动特性示例稳定流动和不稳定流动特性示例稳定流动和不稳定流动特性示例稳定流动和不稳定流动特性示例a a、、、、b b  稳定；稳定；稳定；稳定；c c、、、、d d、、、、e e  不稳定不稳定不稳定不稳定 3.4.1 3.4.1 基本概念基本概念基本概念基本概念313.4.2 3.4.2 不稳定性机理不稳定性机理不稳定性机理不稳定性机理 (a)(a) 流量漂移流量漂移流量漂移流量漂移 流量漂移流量漂移流量漂移流量漂移又称又称又称又称LedineggLedinegg（（（（19381938）不稳定性）不稳定性）不稳定性）不稳定性或或或或水动力不稳定水动力不稳定水动力不稳定水动力不稳定性性性性，，，，其特征是受扰的流体流动偏离原来的平衡工况，在新的流其特征是受扰的流体流动偏离原来的平衡工况，在新的流其特征是受扰的流体流动偏离原来的平衡工况，在新的流其特征是受扰的流体流动偏离原来的平衡工况，在新的流动参数值下重新稳定运行动参数值下重新稳定运行动参数值下重新稳定运行动参数值下重新稳定运行 该型静态不稳定性是加热沸腾流道内该型静态不稳定性是加热沸腾流道内该型静态不稳定性是加热沸腾流道内该型静态不稳定性是加热沸腾流道内压降压降压降压降- -流量特征曲线流量特征曲线流量特征曲线流量特征曲线（或称（或称（或称（或称水动力特性曲线水动力特性曲线水动力特性曲线水动力特性曲线、、、、流道内部特性曲线流道内部特性曲线流道内部特性曲线流道内部特性曲线）与）与）与）与泵特性曲线泵特性曲线泵特性曲线泵特性曲线（（（（流道外部特性曲线流道外部特性曲线流道外部特性曲线流道外部特性曲线）共同作用的结果。

共同作用的结果共同作用的结果共同作用的结果32 (1)(1) 流道内部特征曲线形式流道内部特征曲线形式流道内部特征曲线形式流道内部特征曲线形式 讨论水通过一根讨论水通过一根讨论水通过一根讨论水通过一根均匀加热水平圆直通道均匀加热水平圆直通道均匀加热水平圆直通道均匀加热水平圆直通道的的的的流动情况（如图所示）假设流动情况（如图所示）假设流动情况（如图所示）假设流动情况（如图所示）假设水在加热管中流水在加热管中流水在加热管中流水在加热管中流动并逐渐被加热、汽化、直至变为过热蒸汽动并逐渐被加热、汽化、直至变为过热蒸汽动并逐渐被加热、汽化、直至变为过热蒸汽动并逐渐被加热、汽化、直至变为过热蒸汽后后后后从管口离开，忽略加速压降，则通过加热管的从管口离开，忽略加速压降，则通过加热管的从管口离开，忽略加速压降，则通过加热管的从管口离开，忽略加速压降，则通过加热管的总压降管总压降管总压降管总压降管   p pf f 可表示为：可表示为：可表示为：可表示为：水在均匀加热的水平圆直管内流动水在均匀加热的水平圆直管内流动水在均匀加热的水平圆直管内流动水在均匀加热的水平圆直管内流动 式中，式中，式中，式中，   p pf f1 1  长度为长度为长度为长度为L L1 1的过冷水段摩擦压降；的过冷水段摩擦压降；的过冷水段摩擦压降；的过冷水段摩擦压降；    p pf f2 2 长度为长度为长度为长度为L L2 2的饱和的饱和的饱和的饱和汽水混合物段摩擦压降；汽水混合物段摩擦压降；汽水混合物段摩擦压降；汽水混合物段摩擦压降；    p pf f3 3  长度为长度为长度为长度为L L3 3的过热蒸汽段的摩擦压降。

的过热蒸汽段的摩擦压降的过热蒸汽段的摩擦压降的过热蒸汽段的摩擦压降33总压降总压降总压降总压降，且经整理后可得：，且经整理后可得：，且经整理后可得：，且经整理后可得： 对于水通过对于水通过对于水通过对于水通过均匀加热的水平圆直管、出口为汽水混合物均匀加热的水平圆直管、出口为汽水混合物均匀加热的水平圆直管、出口为汽水混合物均匀加热的水平圆直管、出口为汽水混合物的情况或的情况或的情况或的情况或加热管是垂加热管是垂加热管是垂加热管是垂直放置直放置直放置直放置的情况，也都同样可推得与上面压降为的情况，也都同样可推得与上面压降为的情况，也都同样可推得与上面压降为的情况，也都同样可推得与上面压降为WW 的三次式的三次式的三次式的三次式完全相同形式的方程，完全相同形式的方程，完全相同形式的方程，完全相同形式的方程，而且而且而且而且各系数也与各系数也与各系数也与各系数也与WW 无关无关无关无关 34 还应该指出，还应该指出，还应该指出，还应该指出，    p pf f 不仅是不仅是不仅是不仅是WW 的函数，而且还与热流密度、入口欠热度、流通面的函数，而且还与热流密度、入口欠热度、流通面的函数，而且还与热流密度、入口欠热度、流通面的函数，而且还与热流密度、入口欠热度、流通面积和水力直径等因素有关。

积和水力直径等因素有关积和水力直径等因素有关积和水力直径等因素有关    p pf f - - WW 关系关系关系关系如下图所示：如下图所示：如下图所示：如下图所示： 35 (2)(2) 流道外部特征曲线形式流道外部特征曲线形式流道外部特征曲线形式流道外部特征曲线形式: : 边界条件边界条件边界条件边界条件 若回路中流动由泵驱动，其驱动压头若回路中流动由泵驱动，其驱动压头若回路中流动由泵驱动，其驱动压头若回路中流动由泵驱动，其驱动压头   p pp p 随它所泵送的流量随它所泵送的流量随它所泵送的流量随它所泵送的流量WW 变化，即：变化，即：变化，即：变化，即： 每一种型号的泵，都通过实测得出它们的每一种型号的泵，都通过实测得出它们的每一种型号的泵，都通过实测得出它们的每一种型号的泵，都通过实测得出它们的    p pp p = = f f ( (WW) ) 曲线，称为泵的曲线，称为泵的曲线，称为泵的曲线，称为泵的特特特特性曲线性曲线性曲线性曲线，又称为，又称为，又称为，又称为流道的外部特性曲线流道的外部特性曲线流道的外部特性曲线流道的外部特性曲线。

显然，显然，WW增大，增大，增大，增大，    p pp p 应减小36a a. . 若内部特性曲线与外部特性曲线若内部特性曲线与外部特性曲线若内部特性曲线与外部特性曲线若内部特性曲线与外部特性曲线交点交点交点交点落在曲线落在曲线落在曲线落在曲线CDCD段内段内段内段内，处于，处于，处于，处于静态稳定静态稳定静态稳定静态稳定 b b. . 若运行点落在若运行点落在若运行点落在若运行点落在CKBCKB段内，内部特性段内，内部特性段内，内部特性段内，内部特性曲线呈负斜率变化，曲线呈负斜率变化，曲线呈负斜率变化，曲线呈负斜率变化，KK点不稳定，点不稳定，点不稳定，点不稳定，37 (4)(4) 如何消除流量漂移水动力不稳定性？如何消除流量漂移水动力不稳定性？如何消除流量漂移水动力不稳定性？如何消除流量漂移水动力不稳定性？ 可采用如下一些措施：可采用如下一些措施：可采用如下一些措施：可采用如下一些措施：  合理选择系统运行区段合理选择系统运行区段合理选择系统运行区段合理选择系统运行区段，，，，使系统不在使系统不在使系统不在使系统不在   p pf f 负负负负斜率区运行；若系统必须在此区段运行，则可斜率区运行；若系统必须在此区段运行，则可斜率区运行；若系统必须在此区段运行，则可斜率区运行；若系统必须在此区段运行，则可采采采采用大流量下压头会大大下降的泵用大流量下压头会大大下降的泵用大流量下压头会大大下降的泵用大流量下压头会大大下降的泵，以满足前面的，以满足前面的，以满足前面的，以满足前面的稳定性准则；稳定性准则；稳定性准则；稳定性准则；  在通道进口加装节流件，增大进口局部阻在通道进口加装节流件，增大进口局部阻在通道进口加装节流件，增大进口局部阻在通道进口加装节流件，增大进口局部阻力力力力。

下图中曲下图中曲下图中曲下图中曲2 2为节流件阻力损失与质量流量的关为节流件阻力损失与质量流量的关为节流件阻力损失与质量流量的关为节流件阻力损失与质量流量的关系因为通道进口一般为欠热水，其流动压降系因为通道进口一般为欠热水，其流动压降系因为通道进口一般为欠热水，其流动压降系因为通道进口一般为欠热水，其流动压降随随随随流量平方成正比地增加流量平方成正比地增加流量平方成正比地增加流量平方成正比地增加；曲线；曲线；曲线；曲线1 1为未装节流件时流为未装节流件时流为未装节流件时流为未装节流件时流动特性曲线；曲线动特性曲线；曲线动特性曲线；曲线动特性曲线；曲线3 3为加装节流件后的流动特性曲为加装节流件后的流动特性曲为加装节流件后的流动特性曲为加装节流件后的流动特性曲线，它是由曲线线，它是由曲线线，它是由曲线线，它是由曲线1 1和曲线和曲线和曲线和曲线2 2以流量相等压降相加的以流量相等压降相加的以流量相等压降相加的以流量相等压降相加的方法而得可见方法而得可见方法而得可见方法而得可见加装节流件后改变了管内流动特加装节流件后改变了管内流动特加装节流件后改变了管内流动特加装节流件后改变了管内流动特性曲线的形状，消除了负斜率区性曲线的形状，消除了负斜率区性曲线的形状，消除了负斜率区性曲线的形状，消除了负斜率区；；；；  提高系统压力，提高系统压力，提高系统压力，提高系统压力，减小两相之间的比容差减小两相之间的比容差减小两相之间的比容差减小两相之间的比容差。

系统压力越高，两个相的质量体积相差得越小，系统压力越高，两个相的质量体积相差得越小，系统压力越高，两个相的质量体积相差得越小，系统压力越高，两个相的质量体积相差得越小，流动就稳定流动就稳定流动就稳定流动就稳定38 3.5 3.5 反应堆冷却剂系统压降与流量计算反应堆冷却剂系统压降与流量计算反应堆冷却剂系统压降与流量计算反应堆冷却剂系统压降与流量计算 反应堆冷却剂系统（一回路）一个封闭回反应堆冷却剂系统（一回路）一个封闭回反应堆冷却剂系统（一回路）一个封闭回反应堆冷却剂系统（一回路）一个封闭回路系统，它由若干设备及连接它们的管道组合路系统，它由若干设备及连接它们的管道组合路系统，它由若干设备及连接它们的管道组合路系统，它由若干设备及连接它们的管道组合而成（如右图）当冷却剂流经每个设备或每而成（如右图）当冷却剂流经每个设备或每而成（如右图）当冷却剂流经每个设备或每而成（如右图）当冷却剂流经每个设备或每段管道时都会产生压降在进行反应堆热工水段管道时都会产生压降在进行反应堆热工水段管道时都会产生压降在进行反应堆热工水段管道时都会产生压降在进行反应堆热工水力分析时，必须力分析时，必须力分析时，必须力分析时，必须求出冷却剂在一回路系统内循求出冷却剂在一回路系统内循求出冷却剂在一回路系统内循求出冷却剂在一回路系统内循环流动的总压降环流动的总压降环流动的总压降环流动的总压降   p pt t。

计算时首先根据不同情况将整个回路分成计算时首先根据不同情况将整个回路分成计算时首先根据不同情况将整个回路分成计算时首先根据不同情况将整个回路分成若干区段，按前面介绍的方法算出每区段各项若干区段，按前面介绍的方法算出每区段各项若干区段，按前面介绍的方法算出每区段各项若干区段，按前面介绍的方法算出每区段各项压降之和，然后将各区段压降相加即得整个回压降之和，然后将各区段压降相加即得整个回压降之和，然后将各区段压降相加即得整个回压降之和，然后将各区段压降相加即得整个回路总压降由于在路总压降由于在路总压降由于在路总压降由于在稳态情况下封闭回路中各区稳态情况下封闭回路中各区稳态情况下封闭回路中各区稳态情况下封闭回路中各区段加速压降之和为零段加速压降之和为零段加速压降之和为零段加速压降之和为零，故整个回路总压降为：，故整个回路总压降为：，故整个回路总压降为：，故整个回路总压降为：39 现以现以现以现以PWR PWR 冷却剂系统冷却剂系统冷却剂系统冷却剂系统为例说明回路总压降为例说明回路总压降为例说明回路总压降为例说明回路总压降   p pt t 的计算方法。

计算中按工况不同的计算方法计算中按工况不同的计算方法计算中按工况不同的计算方法计算中按工况不同可将整个回路分为四段（见右下图）：可将整个回路分为四段（见右下图）：可将整个回路分为四段（见右下图）：可将整个回路分为四段（见右下图）： 1 1、从、从、从、从堆芯入口堆芯入口堆芯入口堆芯入口1 1至堆芯出口至堆芯出口至堆芯出口至堆芯出口2 2为一段为一段为一段为一段 2 2、从、从、从、从堆芯出口堆芯出口堆芯出口堆芯出口2 2至蒸汽发生器入口至蒸汽发生器入口至蒸汽发生器入口至蒸汽发生器入口3 3 3 3、从、从、从、从蒸汽发生器入口蒸汽发生器入口蒸汽发生器入口蒸汽发生器入口3 3到出口到出口到出口到出口4 4一段中一段中一段中一段中 4 4、从、从、从、从蒸汽发生器出口蒸汽发生器出口蒸汽发生器出口蒸汽发生器出口4 4至堆芯入口至堆芯入口至堆芯入口至堆芯入口1 1的一段的一段的一段的一段PWRPWR冷却剂系统冷却剂系统冷却剂系统冷却剂系统 3.5.1 3.5.1 PWR PWR 冷却剂系统压降计算冷却剂系统压降计算冷却剂系统压降计算冷却剂系统压降计算40 由计算可知，整个回路总压降由计算可知，整个回路总压降由计算可知，整个回路总压降由计算可知，整个回路总压降   p pt t 的大小不仅与循环流量的大小不仅与循环流量的大小不仅与循环流量的大小不仅与循环流量WW 有关，而且还与流有关，而且还与流有关，而且还与流有关，而且还与流体的平均温度体的平均温度体的平均温度体的平均温度 及传输的热功率及传输的热功率及传输的热功率及传输的热功率P P 有关，即：有关，即：有关，即：有关，即： 其函数关系如下图中其函数关系如下图中其函数关系如下图中其函数关系如下图中    p pt t 线线线线所示。

所示    p pt t、、、、   p pp p 与与与与 WW 的关系的关系的关系的关系 1. 1. 泵的特性曲线；泵的特性曲线；泵的特性曲线；泵的特性曲线；2. 2. 回路的特性曲线回路的特性曲线回路的特性曲线回路的特性曲线 41 3.5.2 3.5.2 PWR PWR 冷却剂系统流量计算冷却剂系统流量计算冷却剂系统流量计算冷却剂系统流量计算自然循环流动：自然循环流动：自然循环流动：自然循环流动：要保持流体在回路中稳定地循环流动，必须有克服摩擦压要保持流体在回路中稳定地循环流动，必须有克服摩擦压要保持流体在回路中稳定地循环流动，必须有克服摩擦压要保持流体在回路中稳定地循环流动，必须有克服摩擦压降和形阻压降的推动力一种方法是靠回路中由于重度差而产生的驱动压降和形阻压降的推动力一种方法是靠回路中由于重度差而产生的驱动压降和形阻压降的推动力一种方法是靠回路中由于重度差而产生的驱动压降和形阻压降的推动力一种方法是靠回路中由于重度差而产生的驱动压头为推动力头为推动力头为推动力头为推动力强制循环流动：强制循环流动：强制循环流动：强制循环流动：另一种方法是采用泵和鼓风机提供推动力另一种方法是采用泵和鼓风机提供推动力另一种方法是采用泵和鼓风机提供推动力另一种方法是采用泵和鼓风机提供推动力 在在在在PWR PWR 冷却剂系统中，正常运行时循环推动力由反应堆冷却剂泵（主泵）冷却剂系统中，正常运行时循环推动力由反应堆冷却剂泵（主泵）冷却剂系统中，正常运行时循环推动力由反应堆冷却剂泵（主泵）冷却剂系统中，正常运行时循环推动力由反应堆冷却剂泵（主泵）提供，属强制循环流动。

在某些事故工况下（如，失流事故等），则仍有提供，属强制循环流动在某些事故工况下（如，失流事故等），则仍有提供，属强制循环流动在某些事故工况下（如，失流事故等），则仍有提供，属强制循环流动在某些事故工况下（如，失流事故等），则仍有可能出现自然循环流动可能出现自然循环流动可能出现自然循环流动可能出现自然循环流动üü 在强制循环流动中在强制循环流动中在强制循环流动中在强制循环流动中 无论无论无论无论   p pt t 还是还是还是还是   p pp p，均是回路中循环流量，均是回路中循环流量，均是回路中循环流量，均是回路中循环流量 WW 的函数该式是的函数该式是的函数该式是的函数该式是决定回路决定回路决定回路决定回路循环流量的基本方程循环流量的基本方程循环流量的基本方程循环流量的基本方程由此方程可求得系统循环流量由此方程可求得系统循环流量由此方程可求得系统循环流量由此方程可求得系统循环流量WW 42üü 在自然循环流动中，在自然循环流动中，在自然循环流动中，在自然循环流动中，   主泵的特性曲线主泵的特性曲线主泵的特性曲线主泵的特性曲线  一回路的外部特性曲线一回路的外部特性曲线一回路的外部特性曲线一回路的外部特性曲线 主泵的驱动压头主泵的驱动压头主泵的驱动压头主泵的驱动压头   p pp p 随它所泵送的流随它所泵送的流随它所泵送的流随它所泵送的流量量量量WW 而变化，即：而变化，即：而变化，即：而变化，即： 每一种型号的主泵，都通过实测得出它每一种型号的主泵，都通过实测得出它每一种型号的主泵，都通过实测得出它每一种型号的主泵，都通过实测得出它们的们的们的们的    p pp p = = f f ( (WW) ) 曲线，称为主泵的曲线，称为主泵的曲线，称为主泵的曲线，称为主泵的特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线，，，，对于一回路系统来说，又称为一回路的对于一回路系统来说，又称为一回路的对于一回路系统来说，又称为一回路的对于一回路系统来说，又称为一回路的外部外部外部外部特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线。

见右图中的见右图中的见右图中的见右图中的   p pp p 线线线线   p pt t、、、、   p pp p 与与与与 WW 的关系的关系的关系的关系 1. 1. 泵的特性曲线；泵的特性曲线；泵的特性曲线；泵的特性曲线；2. 2. 回路的特性曲线回路的特性曲线回路的特性曲线回路的特性曲线 43    一回路流量的计算一回路流量的计算一回路流量的计算一回路流量的计算   由下面方程可求得系统循环流量由下面方程可求得系统循环流量由下面方程可求得系统循环流量由下面方程可求得系统循环流量WW：：：： 也可采用也可采用也可采用也可采用图解法图解法图解法图解法：将：将：将：将   pt pt = = g g( (WW) ) 与与与与   pp pp = = f f ( (WW) ) 绘于同绘于同绘于同绘于同一个一个一个一个   p p - -WW坐标图上，两曲线的交点坐标图上，两曲线的交点坐标图上，两曲线的交点坐标图上，两曲线的交点A A 所对应的流量所对应的流量所对应的流量所对应的流量WW 即为所即为所即为所即为所求。

求443.5.33.5.3 自然循环自然循环自然循环自然循环 自然循环自然循环自然循环自然循环是指是指是指是指闭合回路内依靠热段（上升段）和冷段（下降段）中的流闭合回路内依靠热段（上升段）和冷段（下降段）中的流闭合回路内依靠热段（上升段）和冷段（下降段）中的流闭合回路内依靠热段（上升段）和冷段（下降段）中的流体密度差所产生的驱动压头实现的流动循环体密度差所产生的驱动压头实现的流动循环体密度差所产生的驱动压头实现的流动循环体密度差所产生的驱动压头实现的流动循环不论是单相流动系统还是包含不论是单相流动系统还是包含不论是单相流动系统还是包含不论是单相流动系统还是包含有两相的流动系统，产生自然循环的原理都是相同的有两相的流动系统，产生自然循环的原理都是相同的有两相的流动系统，产生自然循环的原理都是相同的有两相的流动系统，产生自然循环的原理都是相同的  维持一回路的自然循环对维持一回路的自然循环对维持一回路的自然循环对维持一回路的自然循环对PWRPWR核电站的安全运行有什么作用？核电站的安全运行有什么作用？核电站的安全运行有什么作用？核电站的安全运行有什么作用？ 例如例如例如例如：当发生：当发生：当发生：当发生失流事故失流事故失流事故失流事故时，冷却剂失去强迫循环，这时维持自然时，冷却剂失去强迫循环，这时维持自然时，冷却剂失去强迫循环，这时维持自然时，冷却剂失去强迫循环，这时维持自然循环对堆芯的衰变热导出具有重要意义，它可以以堆芯为热源，以蒸汽发循环对堆芯的衰变热导出具有重要意义，它可以以堆芯为热源，以蒸汽发循环对堆芯的衰变热导出具有重要意义，它可以以堆芯为热源，以蒸汽发循环对堆芯的衰变热导出具有重要意义，它可以以堆芯为热源，以蒸汽发生器为冷阱，进行余热导出。

生器为冷阱，进行余热导出生器为冷阱，进行余热导出生器为冷阱，进行余热导出  PWRPWR核电站中还有哪些设备用到自然循环原理？核电站中还有哪些设备用到自然循环原理？核电站中还有哪些设备用到自然循环原理？核电站中还有哪些设备用到自然循环原理？45自然循环在先进压水堆核电站中的应用自然循环在先进压水堆核电站中的应用自然循环在先进压水堆核电站中的应用自然循环在先进压水堆核电站中的应用其它应用其它应用: :液态重金属冷却堆液态重金属冷却堆, , 小功率堆小功率堆46qHqC冷凝器（分离器）冷凝器（分离器）冷凝器（分离器）冷凝器（分离器）加加加加热热热热段段段段冷冷冷冷热热热热心心心心位位位位差差差差上上上上升升升升段段段段下下下下降降降降段段段段 a. a. 自然循环的基本概念自然循环的基本概念自然循环的基本概念自然循环的基本概念 “ “标准的标准的标准的标准的” ”自然循环回路如右图所示自然循环回路如右图所示自然循环回路如右图所示自然循环回路如右图所示 回路由回路由回路由回路由加热段加热段加热段加热段、、、、上升段上升段上升段上升段（两者有时有部分（两者有时有部分（两者有时有部分（两者有时有部分重用）、重用）、重用）、重用）、冷凝器冷凝器冷凝器冷凝器（或汽水分离器）以及（或汽水分离器）以及（或汽水分离器）以及（或汽水分离器）以及下降段下降段下降段下降段组成。

组成 循环的循环的循环的循环的驱动压头驱动压头驱动压头驱动压头是是是是上升段内（单相或汽液上升段内（单相或汽液上升段内（单相或汽液上升段内（单相或汽液两相）轻流体（由于加热段加热引起）与下降两相）轻流体（由于加热段加热引起）与下降两相）轻流体（由于加热段加热引起）与下降两相）轻流体（由于加热段加热引起）与下降段内单相重流体的密度差段内单相重流体的密度差段内单相重流体的密度差段内单相重流体的密度差  水循环基本方程式水循环基本方程式水循环基本方程式水循环基本方程式 不论是单相流或是两相流，对于任意结构流道，两个给定截面间的压降均由不论是单相流或是两相流，对于任意结构流道，两个给定截面间的压降均由不论是单相流或是两相流，对于任意结构流道，两个给定截面间的压降均由不论是单相流或是两相流，对于任意结构流道，两个给定截面间的压降均由沿程摩擦沿程摩擦沿程摩擦沿程摩擦、、、、局部形阻局部形阻局部形阻局部形阻、、、、加速加速加速加速与与与与提升提升提升提升压降组成，即压降组成，即压降组成，即压降组成，即47 对于一个稳定的循环回路流动，回路中总的压降应该正负平衡，对于一个稳定的循环回路流动，回路中总的压降应该正负平衡，对于一个稳定的循环回路流动，回路中总的压降应该正负平衡，对于一个稳定的循环回路流动，回路中总的压降应该正负平衡，ie ie. . 其其其其驱动压驱动压驱动压驱动压头用以克服阻力压降头用以克服阻力压降头用以克服阻力压降头用以克服阻力压降，即，即，即，即 亦即亦即亦即亦即 或或或或 驱动压头：驱动压头：驱动压头：驱动压头：48b. b. 例题例题例题例题b1. b1. 自然循环热功率与质量流量的关系自然循环热功率与质量流量的关系自然循环热功率与质量流量的关系自然循环热功率与质量流量的关系假设总流阻系数为   ，即，即浮力驱动力为因为回路总加速压降为0，所以49   建立自然循环流动必须具备的条件建立自然循环流动必须具备的条件建立自然循环流动必须具备的条件建立自然循环流动必须具备的条件  系统中必须有冷阱和热源之间的高差，冷阱位于上面，热源位于下面；系统中必须有冷阱和热源之间的高差，冷阱位于上面，热源位于下面；系统中必须有冷阱和热源之间的高差，冷阱位于上面，热源位于下面；系统中必须有冷阱和热源之间的高差，冷阱位于上面，热源位于下面；  系统冷段和热段中的流体密度必须存在密度差；系统冷段和热段中的流体密度必须存在密度差；系统冷段和热段中的流体密度必须存在密度差；系统冷段和热段中的流体密度必须存在密度差；  系统必须在重力场内。

系统必须在重力场内系统必须在重力场内系统必须在重力场内   影响压水堆核电站自然循环的因素有哪些影响压水堆核电站自然循环的因素有哪些影响压水堆核电站自然循环的因素有哪些影响压水堆核电站自然循环的因素有哪些？？？？  冷阱与热源之间的冷阱与热源之间的冷阱与热源之间的冷阱与热源之间的温差温差温差温差，温差越大，自然循环能力越强；，温差越大，自然循环能力越强；，温差越大，自然循环能力越强；，温差越大，自然循环能力越强；  冷阱与热源之间的冷阱与热源之间的冷阱与热源之间的冷阱与热源之间的位差位差位差位差，位差越大，自然循环能力越强；，位差越大，自然循环能力越强；，位差越大，自然循环能力越强；，位差越大，自然循环能力越强；  流道的流道的流道的流道的流阻流阻流阻流阻，流阻越大，自然循环能力越小；，流阻越大，自然循环能力越小；，流阻越大，自然循环能力越小；，流阻越大，自然循环能力越小；  冷却剂中的冷却剂中的冷却剂中的冷却剂中的含汽率含汽率含汽率含汽率会严重影响自然循环的建立和维持。

含汽率的作用有正会严重影响自然循环的建立和维持含汽率的作用有正会严重影响自然循环的建立和维持含汽率的作用有正会严重影响自然循环的建立和维持含汽率的作用有正有负：堆芯表面局部沸腾有助于自然循环，但反应堆上腔室积汽会增加流阻不利于有负：堆芯表面局部沸腾有助于自然循环，但反应堆上腔室积汽会增加流阻不利于有负：堆芯表面局部沸腾有助于自然循环，但反应堆上腔室积汽会增加流阻不利于有负：堆芯表面局部沸腾有助于自然循环，但反应堆上腔室积汽会增加流阻不利于自然循环自然循环自然循环自然循环c) (c) 小结小结小结小结50。