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第一章 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 压水堆动力装置 3

1.2.2 重水堆动力装置 7

1.2.3 沸水堆动力装置 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和任务 12

1.3.1 热工水力分析的目的 12

1.3.2 热工水力分析任务与方法 13

习题 13

参考文献 14

第二章 堆芯材料和热源分布 15

2.1 核燃料 15

2.1.1 核燃料分类 16

2.1.2 核燃料UO2 17

2.2 包壳 19

2.2.1 包壳的作用 19

2.2.2 包壳材料的选择 19

2.3 堆内其他结构 21

2.3.1 不锈钢 21

2.3.2 镍基合金 22

2.4 冷却剂和慢化剂 23

2.4.1 冷却剂和慢化剂的选择 23

2.4.2 水的物性 24

2.4.3 水物性查表计算 24

2.5 堆芯热源及其分布 25

2.5.1 裂变能释放的特点 25

2.5.2 堆内热功率计算 27

2.5.3 堆芯功率分布及其影响因素 28

2.5.4 控制棒、慢化剂和结构材料热源强度 32

2.5.5 停堆后的释热 34

习题 38

参考文献 39

第三章 核动力装置传热学基础 40

3.1 导热 40

3.1.1 导热基本概念及定律 40

3.1.2 导热微分方程 41

3.1.3 定解条件 43

3.1.4 几种典型导热问题的解 44

3.2 单相对流换热 47

3.2.1 对流换热的基本概念 47

3.2.2 管道内强迫对流换热及换热系数 49

3.2.3 管道外强迫对流换热及换热系数 51

3.2.4 自然对流换热及换热系数 53

3.3 沸腾传热 55

3.3.1 大容积沸腾 56

3.3.2 流动沸腾 58

3.3.3 临界热流密度经验公式 63

3.4 凝结传热 67

3.4.1 层流膜状凝结 68

3.4.2 湍流膜状凝结 69

3.4.3 膜状凝结的影响因素 70

习题 71

参考文献 72

第四章 反应堆内稳态传热分析 74

4.1 定热导率燃料元件导热 74

4.1.1 燃料芯块导热 74

4.1.2 气隙导热 76

4.1.3 包壳导热 78

4.1.4 包壳表面对流换热 78

4.1.5 元件径向总温降 79

4.2 变热导率燃料元件导热 80

4.2.1 影响二氧化铀热导率的因素 80

4.2.2 二氧化铀热导率的几个经验公式与比较 82

4.2.3 包壳与氦气隙的热导率 83

4.2.4 燃料芯块积分热导率 84

4.3 燃料元件与冷却剂温度场 87

4.3.1 冷却剂输热方程 87

4.3.2 冷却剂轴向温度场 88

4.3.3 燃料元件轴向温度场 89

4.4 燃料元件最高温度及其位置 92

习题 93

参考文献 95

第五章 蒸汽发生器与稳压器内热工分析 96

5.1 蒸汽发生器传热 96

5.1.1 传热模型 96

5.1.2 一次侧传热过程 97

5.1.3 二次侧传热过程 98

5.1.4 管壁热阻和污垢热阻 99

5.2 蒸汽发生器的稳态特性 100

5.2.1 不同运行方式的稳态特性 100

5.2.2 稳态特性计算方法 101

5.3 稳压器内热力分析 102

5.3.1 冷却剂体积变化的分析 102

5.3.2 稳压器内部的热力过程 103

5.3.3 稳压器容积计算 105

习题 110

参考文献 111

第六章 核动力装置水力学基础 112

6.1 单相流基本方程 112

6.1.1 连续性微分方程 112

6.1.2 流体运动微分方程 113

6.1.3 流体微小流束的伯努利方程式 114

6.1.4 总流的连续性方程式 115

6.1.5 总流的伯努利方程式 116

6.2 管内单相流压降计算 116

6.2.1 管内流动型态和流动阻力压降 117

6.2.2 沿程摩擦压降 118

6.2.3 局部压降 121

6.2.4 管中的水锤现象 126

6.2.5 气穴和汽蚀 128

6.3 两相流基本方程 130

6.3.1 基本概念 130

6.3.2 基本方程 133

6.4 两相流压降计算 134

6.4.1 摩擦压降 134

6.4.2 加速压降 135

6.4.3 提升压降 136

6.4.4 局部压降 137

习题 139

参考文献 139

第七章 核动力装置水力分析 141

7.1 反应堆内压降计算 141

7.1.1 摩擦压降 141

7.1.2 提升压降 142

7.1.3 加速压降 142

7.1.4 定位格架的局部压降 142

7.2 蒸汽发生器内压降计算 144

7.2.1 一回路侧阻力压降计算 144

7.2.2 二回路侧自然循环与水力计算 145

7.3 管路压降与泵功率 148

7.3.1 管路压降 148

7.3.2 泵功率 149

7.4 堆芯冷却剂流量的分配 149

7.4.1 堆芯流量分配的计算方法 149

7.4.2 堆芯流量分配分析 151

7.5 流动不稳定性 153

7.5.1 流动不稳定性概述 154

7.5.2 水动力学不稳定性分析 157

7.6 反应堆内自然循环 161

7.6.1 基本概念与方程 161

7.6.2 堆内水流量确定 162

7.7 自然循环下倒U形管内倒流分析 164

7.7.1 一维流动换热模型 165

7.7.2 对流换热计算公式 169

7.7.3 水力学计算模型 170

7.7.4 流体倒流分析 172

7.7.5 倒流影响因素分析 176

7.7.6 倒流流量与倒流管数计算简介 179

习题 180

参考文献 181

第八章 反应堆稳态热工设计 182

8.1 热工设计准则 182

8.2 热管因子和热点因子 184

8.2.1 核热管因子和核热点因子 184

8.2.2 工程热管因子和工程热点因子 185

8.2.3 降低热管因子和热点因子的途径 192

8.3 单通道模型堆芯稳态热工设计 193

8.3.1 热工设计参数选择 194

8.3.2 热工设计的一般步骤和方法 195

8.3.3 安全校核 199

8.4 子通道模型堆芯稳态热工设计 204

8.4.1 子通道的划分 205

8.4.2 基本方程 206

8.4.3 求解方法 208

8.4.4 常用子通道程序介绍 209

8.5 稳态热工设计与热工水力实验的关系 210

习题 210

参考文献 211

第九章 反应堆正常瞬态热工分析 212

9.1 集总参数法 212

9.2 瞬态传热问题的集总参数求解 212

9.3 燃料元件径向温度变化的解析求解 214

9.3.1 板状燃料元件 215

9.3.2 棒状燃料元件 216

9.4 棒状元件径向温度变化的数值求解 218

9.4.1 数值求解方法 218

9.4.2 功率按指数规律变化时元件径向温度 221

9.4.3 有温度反馈缓发超临界过程元件径向温度 222

9.5 动态温度场的集总参数法分析 225

9.5.1 棒状元件动态温度场 225

9.5.2 堆芯热管动态温度场 228

9.6 反应堆瞬态过程的快速仿真分析 232

9.6.1 有反馈的反应性变化过程仿真 232

9.6.2 负荷大幅变化时的仿真 236

习题 239

参考文献 240

第十章 海洋与机动条件下的流动与换热 241

10.1 海洋条件下船体运动的特点 241

10.2 摇摆时内部层流流动与对流换热 242

10.2.1 圆管 242

10.2.2 矩形通道 244

10.3 摇摆时内部湍流流动与对流换热 245

10.3.1 圆管 245

10.3.2 矩形通道 249

10.4 舰船运动对一回路自然循环的影响 251

10.4.1 水平加速直线运动 253

10.4.2 竖直加速直线运动 254

10.4.3 回旋 256

10.4.4 横倾 257

10.4.5 纵倾 257

10.4.6 摇摆 260

习题 260

参考文献 261

第十一章 核动力装置热工水力计算分析工具简介 262

11.1 核动力装置热工水力计算分析工具的发展 262

11.2 最佳估算程序 263

11.2.1 最佳估算程序的建模方式 263

11.2.2 计算结果不确定性的主要来源 264

11.2.3 最佳估算程序的验证 264

11.2.4 RELAP系列程序简介 265

11.2.5 CATHARE程序简介 266

11.2.6 TRAC程序简介 267

11.3 计算流体动力学程序 269

11.3.1 计算流体动力学简介 269

11.3.2 控制方程的通用形式 269

11.3.3 计算区域网格划分 270

11.3.4 湍流模型 270

11.3.5 CFD计算的误差分析 271

11.3.6 FLUENT软件简介 272

11.4 核动力装置自然循环分析平台 273

11.4.1 反应堆时空中子动力学计算模块 273

11.4.2 反应堆及主冷却剂系统热工水力分析模块 276

11.4.3 一回路辅助系统及二回路系统流体网络计算模块 278

习题 280

参考文献 281

附录Ⅰ 一些核燃料的热物性 282

附录Ⅱ 水和水蒸气的热物性 283

附录Ⅲ 氦气的热物性 296