什么是密度-物理-定义

什么是密度。换句话说,一种物质的密度(ρ)是该物质的总质量(m)除以该物质所占的总体积(V)。优德app热工程学

密度是什么

密度 - 气 - 液 - 固体
大气压下各种物质的典型密度。

密度定义为单位体积质量。它是一个密集物业,数学上定义为质量除以体积:

ρ= m / V

换句话说,一种物质的密度(ρ)是该物质的总质量(m)除以该物质所占的总体积(V)。标准SI单位为千克每立方米kg / m.3.)。标准英语单元是磅质量每立方英尺磅/英尺3.)。物质的密度(ρ)是其倒数比容(ν)。

ρ = m/V = 1/ρ

具体的体积是一个密集变量,而体积是一个广泛变量。在国际单位制中,比体积的标准单位是立方米每千克(m3./公斤)。英国制的标准单位是立方英尺每磅质量3./ lbm)。

密度的变化
一般来说,密度可以改变了通过改变压力或者是温度。增加了压力总是会增加密度材料。压力对密度的影响液体固体非常非常小。另一方面,气体的密度受到压力的强烈影响。这由压缩性压缩系数是流体或固体的相对体积变化的量度作为对压力变化的响应。

温度的影响液体和固体的密度也很重要。大多数物质加热时膨胀冷却时合同。然而,膨胀或收缩的量是不同的,这取决于材料。这种现象被称为热膨胀。材料在经历温度变化时的体积变化可以用下列关系式表示:

热膨胀

其中Δt是温度的变化,v是原始体积,ΔV是体积的变化,和αV.体积膨胀系数

必须注意,此规则中存在异常。例如,与大多数液体不同,它变成了当它结冰的时候密度会降低。它的最大密度在3.98°C (1000kg /m3.),而冰的密度为917公斤/米3.。相差约9%,因此冰漂浮在液体水

反应堆堆芯中的冷却剂加速
也可以看看:流体加速-压力损失

这是一个说明性的例子,以下数据不对应于任何反应堆设计。

连续性方程 - 反应堆流速
反应器中流速的例子。这是一个说明性的例子,数据不代表任何反应堆设计。

压水反应堆被冷却了主持采用高压液态水(如16MPa)。在这种压力下,水在350°C(662°F)左右沸腾。进水温度约为290℃(⍴~ 720 kg/m)3.)。水(冷却剂)被加热反应堆堆芯大约325°C(⍴〜654 kg / m3.),因为水流过核心。

典型PWRs的一次回路分为4个独立回路(管径~ 700mm),每个回路由a蒸汽发生器和一个主冷却液泵。在反应堆压力容器(RPV)内,冷却剂首先流过反应堆堆芯外(通过下降管)。从压力容器的底部,流体被反向向上流过核心,在那里冷却剂温度上升当它穿过燃料棒和由它们组成的组件时。

计算:

  • 由于压力损失冷却剂加速在一个孤立的燃料通道

  • 通道入口流速等于5。17米/秒
  • 通道出口流速等于5。69米/秒

解决方案:

然后,由于隔离燃料通道中的冷却剂加速而导致的压力损失:

冷却剂加速-举例

这一事实有重要的后果。由于芯中燃料组件的相对电力不同,这些燃料组件具有不同的液压阻力这可能诱导初级冷却剂的局部侧向流动,并且必须在热液压计算中考虑。

也可以看看:密度如何影响反应堆的反应性

地球上最密集的材料

的核子质子中子)由普通原子的大部分质量组成,而普通物质的密度往往受到我们能把这些核子装得多紧的限制,并取决于物质的内部原子结构。这密度最大的物质发现在地球上是金属锇,但它的密度腭通过与白色的​​异国情调的天文物体的密度相比矮星中子星

密度最大的材料清单:

  1. 锇 - 22.6 x 103.kg / m.3.
  2. 铱- 22.4 x 103.kg / m.3.
  3. 铂金- 21.5 x 103.kg / m.3.
  4. 铼- 21.0 x 103.kg / m.3.
  5. 钚- 19.8 x 103.kg / m.3.
  6. 金 - 19.3 x 103.kg / m.3.
  7. Tungsten - 19.3 x 103.kg / m.3.
  8. 铀- 18.8 x 103.kg / m.3.
  9. 钽- 16.6 x 103.kg / m.3.
  10. 水银- 13.6 x 103.kg / m.3.
  11. 铑- 12.4 x 103.kg / m.3.
  12. 钍- 11.7 x 103.kg / m.3.
  13. 铅- 11.3 x 103.kg / m.3.
  14. 银 - 10.5 x 103.kg / m.3.

必须指出的是,钚是一种人造同位素,是由核反应堆。但事实上,科学家已经发现了微量的天然钚。

如果我们包括男人制造元素,到目前为止最大的浓度是千原人千原人是一个符号的化学元素海关原子序数是108。它是一种合成元素(首先在德国Hasse合成),具有放射性。已知最稳定的同位素269.海关,有大约9.7秒的半衰期。它具有估计的密度40.7 x 103.kg / m.3.。hasassis的密度是由its引起的高相对分子质量从显著的减少离子半径镧系元素中的元素,称为镧系元素和锕系元素收缩

其次是花蕊密度Meitnerium(109号元素,以物理学家莉丝·迈特纳的名字命名),它的估计密度为37.4 x 103.kg / m.3.

密度-屏蔽伽马射线的重要特性
也可以看看:辐射屏蔽

简而言之,在大多数情况下,有效屏蔽伽马辐射是基于使用具有以下两种材料特性的材料:

  • 高密度的材料。
  • 高原子序数材料(高Z材料)

而低密度材料和低Z值材料可以通过增加厚度来补偿,这在屏蔽应用中与密度和原子序数一样重要。

铅被广泛地用作伽玛屏蔽。铅屏蔽的主要优点是密度高,结构紧凑。另一方面贫铀由于其较高的Z.耗尽铀,用于屏蔽便携式伽玛射线源。

核电站屏蔽的反应堆堆芯可提供的材料有反应堆压力容器、反应堆内部构件(中子反射器)。此外,通常用重混凝土来屏蔽两者中子和伽马辐射。

各种材料的密度-例子

水特异性体积密度
水特异性体积密度纯净水的密度最高1000公斤/米3.在温度3.98O. C(39.2 O. F)。水与大多数液体不同,因为它变成了当它结冰的时候密度会降低。它的最大密度在3.98°C (1000kg /m3.),而冰的密度为917公斤/米3.。相差约9%,因此冰漂浮液态水。必须注意的是,密度的变化不是与温度线性的,因为水的体积热膨胀系数在温度范围内不是恒定的。水的密度(每立方厘米1克)最初用来定义克。物质的密度(⍴)是其比体积(ν)的倒数。

ρ = m/V = 1/ν

物质的比体积(Ⅳ)是该物质的总体积(v)除以该物质的总质量(m)(每单位质量的体积)。它有单位单位每公斤(m3./公斤)。

重水密度
重水(D2O)密度约为比水高出11%,但在其他物理和化学方面都很相似。

这种差异是由事实引起的核心是氢气的两倍原子核。由于大约89%的水的分子量来自单个氧原子而不是两个氢原子,重水分子的重量与正常的水分子没有本质上的区别。水的摩尔质量是M(H2O) = 18。02,重水的摩尔质量是M(D2O) = 20.03(每个氘核含有一个中子,与氢核形成对比),因此重水(D2O)的密度要高出约11%(20.03/18.03 = 1.112)。

重水(D2O)有其密度最高1110公斤/米3.在温度3.98O.C(39.2O.F)。重水也不同于大多数液体,因为它变成当它结冰的时候密度会降低。它的最大密度在3.98°C (1110 kg/m3.),而固态冰的密度为1017公斤/米3.。必须注意的是,密度的变化不是与温度线性的,因为水的体积热膨胀系数在温度范围内不是恒定的。

蒸汽的密度
蒸汽特性 - 蒸汽桌水和蒸汽是一种常见的介质,因为它们的性质非常复杂众所周知。它们的属性用所谓的表格表示 蒸汽表 。在这些表中,基本和关键属性,如压力,温度,焓,密度和比热,沿着气液饱和曲线作为温度和压力的函数。

任何物质的密度(⍴)是其特定体积()的倒数。

ρ = m/V = 1/

一种物质的比体积()是该物质的总体积(V)除以该物质的总质量(m)(单位质量体积)。它有单位单位每公斤(m3./公斤)。

钢密度
钢密度基于合金化成分而变化,但通常在7.5×10之间的范围3.kg / m.3.8 x 103.kg / m.3.
锆的密度
通常,锆非常低吸收截面热中子材料,硬度高,延展性好,耐腐蚀。锆合金的主要用途之一是在核技术中,作为核反应堆燃料棒的包覆层,由于其含量极低吸收截面(不像不锈钢)。典型锆合金的密度约为6.6 x 103.kg / m.3.
密度的铀
是一种原子序数为92的自然存在的化学元素,这意味着在原子结构天然铀主要由同位素组成238.(99.28%),因​​此铀因子的原子质量接近原子质量238.238.03 U同位素(U)。天然铀还含有另外两种同位素:235.(0.71%)和234.(0.0054%)。铀具有最高的原子重量的原始的元素。铀金属具有非常高的密度19.1克/厘米3.,密集小于铅(11.3克/厘米3.),但密度略低于钨和金(19.3 g/cm)3.)。

金属铀是地球上密度最大的物质之一:

  1. 锇 - 22.6 x 103.kg / m.3.
  2. 铱- 22.4 x 103.kg / m.3.
  3. 铂金- 21.5 x 103.kg / m.3.
  4. 铼- 21.0 x 103.kg / m.3.
  5. 钚- 19.8 x 103.kg / m.3.
  6. 金 - 19.3 x 103.kg / m.3.
  7. Tungsten - 19.3 x 103.kg / m.3.
  8. 铀- 18.8 x 103.kg / m.3.
  9. 钽- 16.6 x 103.kg / m.3.
  10. 水银- 13.6 x 103.kg / m.3.
  11. 铑- 12.4 x 103.kg / m.3.
  12. 钍- 11.7 x 103.kg / m.3.
  13. 铅- 11.3 x 103.kg / m.3.
  14. 银 - 10.5 x 103.kg / m.3.

但大多数轻水反应堆使用铀燃料,它的形式是二氧化铀。二氧化铀是一种导热系数极低的黑色半导体固体。另一方面,二氧化铀具有很高的熔点和众所周知的行为。

二氧化铀的密度明显低于金属形式的铀。二氧化铀的密度10.97克/厘米3.,但这种值可能随燃料燃烧而变化,因为在低燃烧的颗粒中可能发生并且在较高的燃烧肿胀时发生。

核物质密度

核密度是原子核的密度。它是原子核内单位体积的质量比。由于原子核承载着原子的大部分质量,而且原子核相对于整个原子来说非常小,所以核密度非常高。

一个典型核的核密度可以从核的大小和质量近似地计算出来。典型的核半径都属于这一类10.−14m。假设核为球形,核半径可按下式计算:

r =0.。一种1/3

在r0.= 1.2 x 10-15年m = 1.2 fm

例如,天然铀主要由同位素组成238.(99.28%),因​​此铀因子的原子质量接近原子质量238.238.03 U同位素(U)。这个核的半径是:

r =0.。一种1/3= 7.44调频。

假设它是球形的,它的体积为:

v =4πr.3./3 = 1.73 x 10-42年m3.

核密度的通常定义是:

ρ= m / V = 238 x 1.66 x 10-27年/ (1.73 x 10-42年)=2.3 x 1017.kg / m.3.

因此,核材料的密度大于2.1014.是水的三倍。这是一个巨大的密度。描述性术语核密度也适用于密度相似的情况,如中子星内部。如此巨大的密度在中子星中也可以找到。

中子星密度
在地球上发现的密度最大的物质是金属锇,但与白矮星和中子星等奇异天体的密度相比,它的密度就相形见绌了。

一种中子星是大明星的倒塌的核心(通常是红色巨人)。中子恒星是已知存在的最小和最密度的恒星,它们是旋转非常迅速。中子星基本上是直径约11km的巨大原子核,特别是中子。据信,在坍塌的巨大恒星的巨大压力下,超新星可以通过电子捕获来组合电子和质子来形成中子,释放大量的中微子

它们的密度如此之大,以至于一茶匙的物质的质量会超过5.5×1012.公斤。假定它们的密度为3.7 × 1017.到6×1017.kg / m.3.这相当于一个原子核的密度约为2.3 × 1017.kg / m.3.

引用:
反应堆物理和热水力学:
  1. 李志明,《核反应堆理论概论》,北京:清华大学出版社,2003年。
  2. 拉马什、巴拉塔,《核工程概论》,北京:科学出版社,2001,ISBN: 0-201-82498-1。
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  4. Glasstone Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,施普林格;第四版,1994,ISBN: 978-0412985317
  5. 核系统第一卷:热液压基础,第二版。CRC出版社;2版,2012,ISBN: 978-0415802871
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  7. 王志明,王志明,王志明。工程热力学理论与应用。工程热物理学报,2006,25 (1):1 - 6w88优德app
  8. 现代流体动力学。优德体育w88官网手机版2010, ISBN 978-1-4020-8670-0。
  9. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博DOE基础手册,第1、2、3卷。1992年6月。

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