什么是沸腾的危机 - 临界热量 - 定义

沸腾危机-临界热流。沸腾状态的动态变化与超过临界热流密度有关,被广泛地称为“沸腾危机”。优德app热能工程

沸腾危机

在本章中,我们将学习流沸腾在垂直加热通道中。沸腾的状态和热流曲线是相似的(而不是相同的)池沸腾。该过程也发生在现代高压强制循环锅炉中。

沸腾曲线 - 沸腾模式池沸腾的开拓性工作于1934年完成美国Nukiyama凡在他的实验中浸入液体中的电加热的镍铬体和铂电线。Nukiyama是第一个识别的人水池沸腾的不同政权用他的装置。他注意到,根据壁面过热温度的不同,沸腾有不同的形式ΔT.(也称为多余温度)它被定义为壁温之间的差异,T.和饱和温度,T.

观察到四种不同的池沸腾制度(基于过量温度):

  • 自然对流沸腾ΔT.< 5°C
  • 泡核沸腾5°C <ΔT.<30°C
  • 过渡沸腾30°C <ΔT.<200°C
  • 电影沸腾200°C <ΔT.

这些制度被说明沸腾曲线在图中,这是一个图热通量与过多的温度相比。虽然该图中给出的沸腾曲线是水,但对于不同的冷却剂,沸腾曲线的一般形状保持不变。注意,曲线的特定形状也取决于系统参数,例如压力和冷却剂流速,但它实际上与加热表面的几何形状无关。对于燃料通道中的流量沸腾,曲线将是不同的,但主要结果将是相似的。

BWRS.冷却剂的沸腾发生在普通手术并且是非常需要的现象。典型的流品质BWR核心约为10%至20%。

尽管最早的核心设计假设表面沸腾不能允许PWRS.,此假设很快被拒绝,两相热传递现在是PWR的正常运行传热机制之一。w88优德备用网址 微博

在两个设计中,核心沸腾热通量不能无限期地增加。在某些价值,我们称之为“临界热量“(CHF.)时,所产生的蒸汽会在其表面形成一层保温层,而保温层又会恶化传热系数。w88优德备用网址 微博沸腾状态的动态变化与超过临界热流密度有关,被广泛地称为“沸腾危机”。

沸腾的危机可分为:

  • 干燥(将在低于DNB)在高质量的区域中
  • 从核心煮沸(DNB)出发过冷或低质量区域(质量范围大致为-5% ~ +5%)。

但是临界热量用于两个制度。

请注意,与DNB相反的现象被称为回核沸腾并且发生在D点D,这被称为莱登弗洛斯特点

临界热量

干燥与DNB.正如写的那样,在核反应堆,限制局部热量通量对反应堆安全性的重要性是最重要的。为了加压水反应堆还有沸水反应堆,存在热液现象,这导致在突然减少热传递效率w88优德备用网址 微博(更准确地说在w88优德备用网址 微博传热系数)。这些现象发生在一定的热通量值,称为“临界热量”。导致热传递劣化的现象是PWR和BWR的不同。w88优德备用网址 微博

在两种类型的反应堆中,问题或多或少与核心沸腾的偏离相关。核心沸腾的热通量不能无限期增加。在某些价值,我们称之为“临界热量“(CHF.)时,所产生的蒸汽会在其表面形成一层保温层,而保温层又会恶化传热系数。w88优德备用网址 微博在达到临界热流后,沸腾立即变得不稳定,并发生膜沸腾。从核沸腾到膜沸腾的转变被称为沸腾的危机”。正如所写的那样,导致热传递劣化的现象对于PWR和BWR是不同的。w88优德备用网址 微博

离开核心沸腾 - DNB

DNBR  - 从核心沸腾比偏离在的情况下PWRS.,关键安全问题被命名DNB.从核心沸腾出发),导致形成a局部蒸汽层,导致传热能力的急剧降低。w88优德备用网址 微博这种现象发生在过冷或低质量的区域中。沸腾危机的行为取决于许多流动条件(压力,温度,流速),但沸腾的危机发生在相对高的热通量下,并且似乎与邻近表面的气泡云相关。这些气泡或蒸汽薄膜减少了进入的水量。由于这种现象恶化了传热系数和热通量仍然存在,然后加热w88优德备用网址 微博累积在燃料杆引起戏剧性的上升包层和燃料温度。简单地,需要非常高的温差来将从燃料棒的表面产生的临界热通量转移到反应器冷却剂(通过蒸汽层)。

在PWR的情况下,临界流量是倒环形流量,虽然在BWR中,临界流通常是环形流动。在图中描绘了干扰后流动和后DNB流程之间的流动状态的差异。在PWRS.普通手术流程被认为是单相。但是对本质进行了大量的研究两相流的情况下瞬变和事故(如那个失冷剂事故-失冷剂或rcp跳闸),在反应堆安全性中,必须证明和宣布安全分析报告(SAR)。

在加压水反应器中,关键安全要求之一是在稳态运行,正常运行瞬变和预期的操作事件(AOOS)期间不会发生核心沸腾(DNB)的偏离。如果最小DNBR仍然高于PWR的95/95 DNBR限制,将保持燃料包层完整性(95%置信水平的95%概率)。DNB标准是安全分析中的验收标准之一,也是它构成了技术规范的安全限制之一。

植物运营商的重要职责是控制植物参数,使得一个到DNB的安全保证金保持(或从DNB在传热曲线上的距离)。w88优德备用网址 微博突然间,以下植物参数/方向的大变化将减少到DNB的边缘:

  • 降低反应器冷却剂压力
  • 反应堆冷却剂流量减少
  • 增加反应堆功率
  • 增加反应堆冷却剂入口温度

因此,操作人员和装置设计的功能是防止这些装置参数发生突然的、大的变化。

核反应堆中的热通量限制
核反应堆生产巨大的热量(能量)小卷。能量产生的密度是非常大的这对其传热系统(反应堆冷却剂系统)提出了要求。w88优德备用网址 微博对于在稳定状态下操作的反应器,必须删除系统中释放的所有热量尽可能快地生产。这是通过使液体或气态冷却剂通过通过核心并且通过产生热量的其他区域。传热必须w88优德备用网址 微博等于或大于发热速率或过热,并且可能发生对燃料的可能损坏。

运行中的反应堆的温度在系统内随点而变化。因此,总是有一个燃料棒一个当地的卷,这是而不是所有的休息。为了限制这些炎热的地方峰值电源限制必须介绍。峰值功率限制与核心沸腾的偏离和可能导致燃料颗粒熔体的条件相关的峰值电源限制。

因此,核心内的功率分布必须适当限制。这些限制通常分为两个基本类别:

DNB的临界热量通量 - 相关性

正如写的那样,沸腾的危机可以被归类为干燥(将在低于DNB)中的高质量区域和从核心煮沸(DNB)出发过冷或低质量区域(质量范围大致为-5% ~ +5%)。但是临界热量用于两个制度。

DNB - W-3相关性

最着名的预测设计相关性之一从核心沸腾出发和相关开发的威斯汀豪斯原子动力部由唐。它适用于脱螺杆和低于适度的质量流量。和相关是冷却液的功能(饱和和进口),压力质量和冷却剂质量磁通:

CHF  - 临界热通量 - 相关性

相关性W-3用于均匀加热通道中的临界热通量。为了考虑非均匀的热通量,钳引入校正因子F.

特别参考:Tong,L. S.,Weisman,Joel。加压水反应器的热分析。Amer核协会,第3版,5/1996。ISBN-13:978-0894480386。

冷墙因子 - CWF

Tong, L. S.和Weisman, Joel还引入了一种新的因素称为“冷壁的因素“,其在包含未加热的壁的通道中校正CHF(例如,与控制杆引导管相邻的通道)。在这些通道中,液膜沿着冷壁构成,并且这种流体在冷却加热的表面并且加热表面的流体冷却比焓更高,而不是在没有假设冷壁的情况下计算。注意,假设冷壁与沟道相比劣化热传递,所有侧面都加热w88优德备用网址 微博相同的散热焓

CHF查找表

CHF查找表广泛用于预测临界热通量(CHF)。CHF查找表基本上是垂直8 mm水冷管的标准化数据库。2006 CHF查找表基于包含超过30,000个数据点的数据库,它们覆盖0.1-21 MPa压力的范围,0-8000公斤-21(零流量指池沸腾条件)质量通量和-0.5到1蒸气质量(负质量指过冷条件)。

特别参考:Groeneveld,D.c.等,2006年查询表,核工程和设计237(2007),1909-1922。

偏离核沸腾比- DNBR

如前所述,以防PWRS.,关键安全问题被命名DNB.从核心沸腾出发),导致形成a局部蒸汽层,导致传热能力的急剧降低。w88优德备用网址 微博注意,即使对于具有明显底部尖峰的轴向功率曲线的BWR,也必须考虑DNB风险。

当局部热通量达到临界热通量的值时,发生DNB。这种现象发生在过冷或低质量区域(近似质量范围:从-5%到+ 5%)。这种类型的沸腾危机的行为取决于许多流动条件(压力,温度,流速),因为临界热通量通常是冷却剂的功能(饱和和进口),压力质量和冷却剂质量磁通:

CHF  - 临界热通量 - 相关性

这种类型的沸腾危机发生在相对高的热量通量下,并且似乎与邻近表面相邻的气泡云相关。这些气泡或蒸汽薄膜减少了进入的水量。由于这种现象恶化了传热系数和热通量仍然存在,然后加热w88优德备用网址 微博累积在燃料杆引起戏剧性的上升包层和燃料温度。简单地,需要非常高的温差来将从燃料棒的表面产生的临界热通量转移到反应器冷却剂(通过蒸汽层)。在PWR的情况下,临界流量是倒环形流量,虽然在BWR中,临界流通常是环形流动。

在加压水反应器中,关键安全要求之一是在稳态运行,正常运行瞬变和预期的操作事件(AOOS)期间不会发生核心沸腾(DNB)的偏离。如果最低限度,将保持燃料包层的完整性DNBR仍然在上面95/95DNBR限制PWRs(95%置信水平下的95%概率)。DNB标准是安全分析中的可接受标准之一,也是技术规范中的安全极限之一。不用说,最小DNB比率的建立是水冷反应堆设计的一个主要限制。这种现象限制了每个压水堆的最大热功率。

DNBR -偏离核沸腾比是临界热通量的余量的测量。DNBR被定义为:

特定位置的临界热量和特定的冷却剂参数除以该位置的操作局部热通量

DNBR  - 定义

必须设计反应堆核心以使DNBR将大于稳态操作,正常运行瞬变和预期操作发生(AOOS)的最小允许值(称为相关限度)大于最小允许值(AOOS)。为了预测核心沸腾的偏离,例如,可以使用在西屋原子电力分区开发的W-3相关性来确定CHF。如果这些相关性是完美的(没有不确定性),则标准将很简单:

DNBR  - 标准

局部热流必须低于临界热流(即DNBR必须高于1)。

DNBR  - 从核心沸腾比偏离但实际上,无相关是完美的,并且必须参与此计算的不确定性。这些不确定条带或误差界限为DNB比率建立最小可接受的值,这可能明显大于如图所示。不确定性可能达到约20%,因此DNBR必须大于例如,DNBR.= 1,2

从图中可以看出,CHF随着冷却剂焓的增加而显着降低,因此DNBR的最小值不一定在核心的中心。在临界热通量和操作热通量最接近的位置处发生最小DNB比率(MDNBR),并且通常在芯的上部。此外,在冷却剂过冷最高的通道入口处,我们希望在该位置导致DNB所需的热量流量非常高。另一方面,在冷却剂焓是其最高的通道出口处,导致DNB所需的热量应在其最低状态。

特别参考:Tong,L. S.,Weisman,Joel。加压水反应器的热分析。Amer核协会,第3版,5/1996。ISBN-13:978-0894480386。

临界热通量与局部热通量

核焓上升热通道因子 - FΔH
也可以看看:热通道因素

核焓上升热通道因子 - FNΔH.被定义为:

  1. 沿偏离核沸腾比最小的燃料棒线性功率的积分(在aos期间)与堆芯燃料棒平均功率的比值。
  2. 线性功率积分与燃料杆的比例与最高集成功率[kW /棒]到平均杆功率[kW /棒]。

操作内部核焓上升热通道因子 - FNΔH.限制可防止在事故过程中脱离核心沸腾(DNB),这是从DNB的观点来限制。例如,损失强制反应器冷却剂流动事故,损耗正常的进给水流或加压释放阀的无意开口。这核焓上升热通道因子F.NΔH.是在这些和其他分析中的假设以及它是安全限制(SLS)计算的假设。它的优点是fNΔH.提供有关配电的信息以及冷却液温度(焓)。两者都对DNB发生至关重要。超越核焓上升热通道因子的操作NΔH.可以使这些分析中使用的核心配电假设无效(安全分析和安全限制推导)。

后DNB传热w88优德备用网址 微博

核心沸腾的热通量不能无限期增加。在某些价值,我们称之为“临界热量“(CHF.)时,所产生的蒸汽会在其表面形成一层保温层,而保温层又会恶化传热系数。w88优德备用网址 微博这是因为表面的很大一部分被一层蒸汽膜所覆盖,由于蒸汽相对于液体的导热系数较低,蒸汽膜起到了隔热的作用。在达到临界热流后,沸腾立即变得不稳定,并发生过渡沸腾。从核沸腾到膜沸腾的转变被称为沸腾的危机”。由于超过CHF点后传热系数减小,向膜沸腾的转变通常是不可避免的w88优德备用网址 微博。

沸腾曲线 - 沸腾模式热通量的进一步增加是保持薄膜沸腾所必需的。一部蒸汽薄膜完全覆盖了表面。这显着降低了对流系数,因为蒸汽层具有显着较低的传热能力。w88优德备用网址 微博结果,过量的温度射至非常高的值。超过莱登弗洛斯特点,表面的连续蒸汽膜橡皮布在液相和表面之间没有接触。在这种情况下,传热既通过辐射又通过传导到蒸汽w88优德备用网址 微博。加热表面稳定稳定其在点E处的温度(见图)。如果材料不足以承受该温度,则设备将通过对材料损坏而失效。

临界功率比 - 干燥

流动沸腾-干燥在BWR中,类似的现象被称为“干涸”它直接与流动模式的变化在高质量区域蒸发过程中。在给定流速通过通道,压力,流量质量和线性热速率,墙壁的组合液体膜可以排气墙壁可能是干透了。在正常时,燃料表面通过沸腾冷却剂有效地冷却。然而,当热通量超过a时临界价值(CHF - 临界热通量)流动模式可以到达干涸的条件(薄膜的液体消失)。从燃料表w88优德备用网址 微博面进入冷却剂的热传递劣化,结果是燃料表面温度急剧增加。在高质量的地区,危机发生在较低的热通量下。由于蒸汽芯中的流速高,CHF后热传递比低质量临界通量好得多(即,对于PWR,温度升高越来越快)。w88优德备用网址 微博

典型的流沸腾在A中的模式垂直通道如图所示。该图显示了从入口到出口所遇到的流型的典型顺序加热通道。在入口处,液体进入过冷却(温度低于饱和度)。在该区域中,流量是单相。随着液体加热,壁温相应地升高。作为壁温超过饱和温度(例如285°C为6.8 MPa),过冷核沸腾开始。在过热的热量中泡沫成核边界层在加热的墙上,但倾向于浓缩散装散装

液体温度的进一步增加,液体散装达到其饱和温度和对流沸腾的过程通过了泡沫流进入Slul flow.。越来越多空隙率导致流动的结构变得不稳定。沸腾的过程通过了slug和生产流进入环形流动制度其特征环形膜的液体。在给定流速通过通道,压力,流量质量和线性热速率,墙壁的组合液体膜可以排气墙壁可能是干透了。在干号点处,壁温显着上升,以消散施加的热通量。干式后流动(雾或滴流)是不可取的,因为这种流动状态的存在伴随着壁面温度的显著升高和壁面温度的高波动。

在这种情况下,工程师定义了称为的参数最小临界功率比(MCPR)而不是DNBR。这临界功率比用于确定沸水反应器的热限制。

CPR的定义:

CPR在组件中的功率通过应用适当的相关性来计算,以使组件中的某些点经历沸腾的转换,除以实际的组装操作功率。

特别参考:Tong,L. S.,Weisman,Joel。加压水反应器的热分析。Amer核协会,第3版,5/1996。ISBN-13:978-0894480386。

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也可以看看:

沸腾和冷凝

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