什么是自然循环-定义

自然循环是管道系统或露天池内流体的循环,这是由于温度差异引起的密度变化造成的。优德app热能工程

自然循环

自然循环-图式
在封闭的循环中自然循环

自然循环血液循环在里面吗管道系统开放游泳池那是由于密度的变化是由温差引起的。自然循环不需要任何机械设备来保持流动。

这种现象与自然对流有着相似的性质,但在这种情况下,换热系数并不是研究的对象。w88优德备用网址 微博在这种情况下,散装循环流动是研究的对象。这种现象相当令人担忧液压问题而不是一个传热w88优德备用网址 微博问题,尽管自然循环的结果是将热源的热量转移到散热器,这对反应堆的安全是最重要的。

什么是自然对流
自然对流,也被称为自由对流是一种机制,还是质量的类型热传输,流体运动仅由密度的差异在流体中发生的原因是温度梯度,而不是由任何外部源(如泵、风扇、吸入装置等)。

自然对流热源周围的流体接受热量而通过热膨胀密度降低,上升。流体热膨胀起着至关重要的作用。换句话说,较重(密度较大)的组件会下降,而较轻(密度较小)的组件会上升,导致大量流体流动。自然对流只能在引力场或其他存在的情况下发生适当的加速度,如:

  • 加速度
  • 离心力
  • 科里奥利力

自然对流基本上不在地球的轨道上运行。例如,在轨道运行的国际空间站,需要其他传热机制来防止电子部件过热。w88优德备用网址 微博

自然循环所需的条件

同样对于自然对流,自然循环基本上不在地球的轨道上运行。只有在特定的条件下,循环才会发生自然循环。即使在自然循环已经开始后,消除这些条件中的任何一种都会导致自然循环停止。自然循环的条件如下:

  • 固有加速度的存在。自然循环只能发生在引力场或存在另一种适当的加速度,如加速度、离心力。
  • 热源和散热器的存在。需要热源和散热器,因为自然循环是由温度差异引起的流体密度差异而产生的。进入热源的流体接受热量,通过热膨胀,密度减小而上升。流体热膨胀起着至关重要的作用。热流过程则相反,热流吸收热量,流体密度增大。密度差是自然循环流动的驱动力。为了使自然循环继续下去,必须保持温差。热源增加的热量必须存在于高温区域。在低温区必须存在散热器的连续散热。否则,两种温度最终会相等,不再发生进一步的循环。
  • 适当的几何。自然循环的存在和规模也取决于问题的几何形状。重力场中存在流体密度梯度并不确保存在自然对流流。在一个充满流体的闭合回路中,通过在回路中设置一个高于热源的高度的散热片来建立自然循环。循环流体从热源中除去热量并将其输送到水池。流动可以是单相或两相,其中蒸汽与液体一起流动。为了使自然循环继续下去,必须保持温差。热源增加的热量必须存在于高温区域。在低温区必须存在散热器的连续散热。否则,两种温度最终会相等,不再发生进一步的循环。 It is possible to have natural circulation take place in two-phase flow, but it is usually more difficult to maintain flow.
  • 液体接触。这两个区域必须保持接触,以便区域之间的流动是可能的。如果流道受阻,则不能发生自然循环。

自然循环-流量

自然循环流量在回路中,在稳态条件下由平衡之间的开车抵抗力量。线圈的热支腿和冷支腿的密度差是产生驱动力的原因。补偿水头损失所需的水头是由密度梯度和高程变化造成的。

热驱动头

热驱动头是造成的力量吗自然循环发生。这是由于密度在两个物体或液体区域之间。考虑两种相同类型的流体体积相等。如果两个卷不相同温度,那么体积温度越高,密度越低,质量也就越小。众所周知,气体和液体的密度取决于温度,通常随温度的升高而降低(由于流体膨胀)。因为温度越高体积越小质量,它受到的重力也会变小。这种施加在流体上的重力的差异会导致较热的流体上升,较冷的流体下沉。热驱动头可以用静水压力差简单计算:

热驱动头方程

可以看出,流体的冷热区温差越大,流体的热驱动头以及最终的流速。

水的密度作为温度的函数
图表-密度-水温

水的密度作为温度的函数

液压阻力

PLC -压力损失系数-方程写,自然循环流量,回路中,稳态条件下,由驱动头与阻力之间的平衡决定。就像管道摩擦总体压力损失与流量的平方成正比因此,它们可以很容易地集成到达西-韦史巴赫方程。工程师经常使用压力损失系数,PLC)。它被标记为K或ξ“兮”(发音)。这个系数特征压力损失指某一液压系统或液压系统的一部分。它可以很容易地测量液压回路。压力损失系数可以定义或测量直管,特别是直管本地(小)的损失。自达西摩擦系数是速度的函数(以雷诺数表示),则压力损失系数的计算是一个迭代过程。

反应堆工程中的自然循环

自然循环-图式
在封闭的循环中自然循环

核反应堆工程,自然循环是很理想的现象,既然能提供堆芯冷却损失后rcp(例如,在厂外功率回路丢失后)。在PWRs中,电站设计提供了一个高差,h,大约12米中间的中心线蒸汽发生器和它的中心线反应堆堆芯。该系统的布局必须确保在流量损失后的自然循环能力,以允许冷却而不过热的核心。此外,连接管道从反应堆压力容器蒸汽发生器必须完好无损,没有不可凝结气体等障碍物(如蒸汽袋)。这样,自然循环将确保只要反应器的温度高于散热器,即使无法向泵提供电力,流体仍将继续流动。

rcp通常不是“安全系统”的定义。在rcp损失后(例如,在厂外功率回路损失后),反应堆必须立即关闭,因为rcp缓慢地下降到零流量。然后通过a确保充分和安全的剩余热量排出自然循环通过反应器。在没有强制流动的情况下,核心中的冷却剂开始升温。冷却剂温度的升高导致冷却剂密度的降低,这反过来又使冷却剂进入蒸汽发生器。必须指出的是,自然循环不足以消除反应堆发电时产生的热量。

现代反应堆设计中使用自然循环是非常重要的安全特性。在现代反应堆设计中,许多被动安全系统在不使用任何泵的情况下运行,这增加了设计的安全性、完整性和可靠性,同时降低了反应堆的总体成本。

自然循环指标

在PWRs中,可以使用各种参数来指示或验证自然循环的发生。这取决于植物类型和植物系统。以压水堆为例,可选用的参数如下:

  • 理想情况下,流量可以在每一个循环中测量。
  • ΔT(T- T)。热腿和冷腿之间的温差应在满功率值的25-80%,或稳定或缓慢下降。这表明衰变热正以足够的速度从系统中移走,以维持或降低核心温度。
  • 热腿和冷腿的温度应该稳定或缓慢下降。同样,这表明热量正在被移走,衰变热负荷如预期的那样在减少。
  • 蒸汽发生器的蒸汽压力(二次侧压力)应跟随反应堆冷却剂系统的温度。这验证了蒸汽发生器正在从RCS冷却剂中移除热量。

特别参考:水冷式核电站的自然循环,IAEA-TECDOC-1474。国际原子能机构,2005年。ISBN 92 - 0 - 110605 - x。

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参见:

自然对流

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