什么是核沸腾-定义gydF4y2Ba

核沸腾发生在通过反应堆的显著流速下。在核沸腾过程中,在传热表面形成汽泡,汽泡分离后进入主流w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba

泡核沸腾gydF4y2Ba

核沸腾-沸腾模式gydF4y2Ba核设施中最常见的局部沸腾是gydF4y2Ba核心沸腾gydF4y2Ba.但如果是核反应堆,gydF4y2Ba核心沸腾gydF4y2Ba发生在通过反应器的显著流速下。在gydF4y2Ba核心沸腾gydF4y2Ba,在传热表面形成汽泡,汽泡分离,进入流体主流。w88优德备用网址 微博这样的运动加强了传热,因为在表面产生的热量被直w88优德备用网址 微博接带入流体流中。一旦进入主流体流,气泡就会崩溃,因为流体的本体温度没有产生气泡的传热表面温度高。w88优德备用网址 微博写,gydF4y2Ba核心沸腾gydF4y2Ba在表面有效地破坏了这一停滞层,因此显著地核沸腾gydF4y2Ba提高了gydF4y2Ba表面转移的能力gydF4y2Ba热能gydF4y2Ba散装液体。这种传热过w88优德备用网址 微博程有时是理想的,因为在传热表面上产生的能量快速有效地“携带”。gydF4y2Ba

靠近墙壁,局面是复杂的几种机制增加了上面的热量gydF4y2Ba纯粹的传导gydF4y2Ba通过液体。gydF4y2Ba

  1. 注意,即使在gydF4y2Ba湍流gydF4y2Ba,存在停滞的流体膜层(层流亚层),隔离换热器表面。从壁面上升的蒸汽通量(由于浮力的作用)必须被相等质量的液体通量平衡,这使得较冷的液体更接近壁面。gydF4y2Ba
  2. 气泡的形成和运动使壁面附近的液体湍流,从而增加了壁面到液体的传热。w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba
  3. 沸腾不同于其他形式的对流,因为它依赖于汽化潜热,这是非常高的共同压力,因此大量的热量可以在沸腾过程中,基本上在恒定的温度下。gydF4y2Ba

沸腾曲线 - 沸腾模式gydF4y2Ba的gydF4y2Ba核沸腾热流gydF4y2Ba不能无限增加。在某个值处,我们称之为gydF4y2Ba临界热通量gydF4y2Ba“(gydF4y2BaCHF.gydF4y2Ba)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。后立即gydF4y2Ba临界热通量gydF4y2Ba达到后,沸腾变得不稳定,并发生过渡沸腾。从核沸腾到膜沸腾的转变被称为gydF4y2Ba沸腾的危机gydF4y2Ba”。自从超越gydF4y2BaCHF.gydF4y2Ba点换热系数减小,过渡w88优德备用网址 微博到gydF4y2Ba电影沸腾gydF4y2Ba通常是不可避免的。gydF4y2Ba

在下一节中,我们将区分:gydF4y2Ba

  • 核态池沸腾gydF4y2Ba
  • 核心流沸腾gydF4y2Ba
沸腾和CondesationgydF4y2Ba
水相图gydF4y2Ba
水相图。gydF4y2Ba
来源:wikipedia.org CC BY-SAgydF4y2Ba

在前面几章中,我们已经讨论过了gydF4y2Ba对流换热w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba具有非常重要的假设。我们假设了一个gydF4y2Ba单相对流热传递w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba没有任何相变。在本章中,我们专注于与之相关的对流热传递w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba液相变化gydF4y2Ba.特别地,我们考虑可以发生在固-液或固-气界面的过程,即,gydF4y2Ba沸腾gydF4y2Ba(液 - 蒸气相变)和gydF4y2Ba缩合gydF4y2Ba(vapor-to-liquid相变)。gydF4y2Ba

在这些情况下,gydF4y2Ba潜热的影响gydF4y2Ba与相变关联的关联是显着的。gydF4y2Ba潜热gydF4y2Ba,gydF4y2Ba也称为蒸发的焓,是加入或从物质中除去的热量以产生相变的变化。这种能量破坏了分子间吸引力,并且还必须提供扩展天然气所需的能量(gydF4y2BapΔV工作gydF4y2Ba).当gydF4y2Ba潜热gydF4y2Ba添加,发生温度变化。gydF4y2Ba

蒸发潜热-水在0.1 MPa, 3 MPa, 16 MPagydF4y2Ba
随着压力的增加,汽化热减少,而沸点增加。它在临界点处完全消失。gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba蒸发焓gydF4y2Ba是该转换发生的压力的函数。gydF4y2Ba

蒸发潜热- 0.1 MPa(大气压)水gydF4y2Ba

hgydF4y2BalggydF4y2Ba= 2257 kJ /公斤gydF4y2Ba

蒸发潜热-水在3mpagydF4y2Ba

hgydF4y2BalggydF4y2Ba= 1795 kJ /公斤gydF4y2Ba

蒸发潜热-水在16mpa(压力在agydF4y2Ba加压器gydF4y2Ba)gydF4y2Ba

hgydF4y2BalggydF4y2Ba= 931 kj / kggydF4y2Ba

的gydF4y2Ba汽化热gydF4y2Ba随着压力的增加而减少gydF4y2Ba沸点gydF4y2Ba增加。它完全消失在一个叫做gydF4y2Ba临界点gydF4y2Ba.在临界点以上,液相和气相就无法区分了,这种物质称为agydF4y2Ba超临界流体gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

超临界阶段关键点 - 分钟gydF4y2Ba从液体到蒸汽状态的变化是因为gydF4y2Ba沸腾gydF4y2Ba是由固体表面的热传递维持的;w88优德备用网址 微博相反,gydF4y2Ba缩合gydF4y2Ba一种蒸汽变成液态的结果是热传递到固体表面。w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba沸腾和冷凝gydF4y2Ba不同于其他形式的对流,因为它们依赖于gydF4y2Ba蒸发潜热gydF4y2Ba,这是gydF4y2Ba非常高的gydF4y2Ba为常见的gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba因此,大量的热量可以在沸腾和冷凝过程中传递,基本上是在恒定的温度下。gydF4y2Baw88优德备用网址 微博传热系数gydF4y2Ba,h,与之相关gydF4y2Ba沸腾和冷凝gydF4y2Ba通常是gydF4y2Ba高得多gydF4y2Ba而不是以其他形式的对流过程遇到的那些涉及单阶段。gydF4y2Ba

这是由于事实,甚至在gydF4y2Ba湍流gydF4y2Ba,存在停滞的流体膜层(层流亚层),隔离换热器表面。这gydF4y2Ba滞液膜层gydF4y2Ba对对流换热系数起关键作用。w88优德备用网址 微博可以观察到,流体到达gydF4y2Ba在水面上完全停止gydF4y2Ba并假设相对于表面的零速度。这种现象称为无滑移条件,因此,gydF4y2Ba在表面,gydF4y2Ba发生能量流动gydF4y2Ba纯粹通过传导。gydF4y2Ba但在下一层中,分子水平或宏观水平上的传导和扩散-质量运动都发生了。由于质量的运动,能量的传递率更高。写,gydF4y2Ba核心沸腾gydF4y2Ba在表面有效地破坏了这一停滞层,因此核沸腾显著地增加了表面转移的能力gydF4y2Ba热能gydF4y2Ba散装液体。gydF4y2Ba

核沸腾关联-池沸腾gydF4y2Ba

以上讨论的沸腾制度在其角色中差异很大。还有不同的相关性描述了传热。w88优德备用网址 微博在本节中,我们回顾了一些更广泛使用的核心沸腾相关性。gydF4y2Ba

核态池沸腾gydF4y2Ba

Rohsenow相关性gydF4y2Ba

核池沸腾传热速率的最广泛应用是1952年由w88优德备用网址 微博gydF4y2BaRohsenowgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

Rohsenow相关性gydF4y2Ba

Rohsenow相关 - 核心沸腾gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba

  • Q - 核池沸腾热通量[W / MgydF4y2Ba2gydF4y2Ba]gydF4y2Ba
  • cgydF4y2Ba1gydF4y2Ba-液体比热J/kg KgydF4y2Ba
  • ΔT -超温°C或KgydF4y2Ba
  • hgydF4y2BaFG.gydF4y2Ba-蒸发焓,J/kggydF4y2Ba
  • 液体的Pr - Prandtl数gydF4y2Ba
  • N -实验常数,水等于1,其他液体等于1.7gydF4y2Ba
  • CgydF4y2Ba科幻小说gydF4y2Ba-表面流体因子,例如,水和镍有CgydF4y2Ba科幻小说gydF4y2Ba0.006gydF4y2Ba
  • μgydF4y2Ba1gydF4y2Ba-液体动态粘度kg/m.sgydF4y2Ba
  • G -重力加速度m/sgydF4y2Ba2gydF4y2Ba
  • ggydF4y2Ba0gydF4y2Ba- 强制转换因子KGM / NSgydF4y2Ba2gydF4y2Ba
  • ρgydF4y2Ba1gydF4y2Ba- 液体kg / m的密度gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba
  • ρgydF4y2BavgydF4y2Ba- 蒸气密度kg / mgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba
  • σ -表面张力-液-气界面N/mgydF4y2Ba

可以看出,ΔT∝(q)gydF4y2Ba⅓gydF4y2Ba.这一非常重要的比例说明了界面传热能力的增强。gydF4y2Ba

核沸腾-流动沸腾gydF4y2Ba

流动沸腾-沸腾模式gydF4y2Ba在gydF4y2Ba流动沸腾gydF4y2Ba(或gydF4y2Ba强迫对流沸腾gydF4y2Ba),流体通过泵等外部手段以及浮力效应在表面上被迫流动。因此,流动沸腾总是伴随着其他对流效应。条件很大程度上取决于几何形状,可能包括加热板和圆筒的外部流动或内部(管道)流动。在核反应堆中,大多数沸腾状态只是强制对流沸腾。根据流体是被迫流过加热表面还是在加热通道内流动,流动沸腾也被分为外部和内部流动沸腾。gydF4y2Ba

内部流动沸腾在本质上比外部流动沸腾要复杂得多,因为蒸汽没有自由表面可以逃逸,因此液体和蒸汽都被迫一起流动。管内两相流动表现出不同的流动沸腾状态,这取决于液体和蒸汽相的相对数量。因此俗称内强制对流沸腾gydF4y2Ba两相流gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

核沸腾关联-流动沸腾gydF4y2Ba

McAdams相关性gydF4y2Ba

在饱和冷却剂充分发展的核沸腾中,壁面温度是由局部热流和压力决定的,仅轻微依赖于gydF4y2Ba雷诺数gydF4y2Ba.对于亚过冷水,绝对压力在0.1-0.6MPa之间,gydF4y2Ba麦克亚当斯相关性gydF4y2Ba给:gydF4y2Ba

核心沸腾 -  Mcadams相关性gydF4y2Ba

托姆的相关性gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba托姆的相关性gydF4y2Ba在核心沸腾贡献占据强迫对流的情况下,在核心沸腾贡献占主导地位的条件下,用于流动沸腾(在压力下饱和至约20MPa)。对于热量通量,这种相关性对于预期温差的粗略估计是有用的:gydF4y2Ba

核心沸腾 -  Thom相关性gydF4y2Ba

陈的相关性gydF4y2Ba

1963年,gydF4y2Ba陈gydF4y2Ba提出了第一次流沸封相关性以蒸发在垂直管中以获得广泛的用途。gydF4y2Ba陈的相关性gydF4y2Ba包括gydF4y2Baw88优德备用网址 微博传热系数gydF4y2Ba由于gydF4y2Ba核心沸腾gydF4y2Ba以及gydF4y2Ba强迫对流机制gydF4y2Ba.必须注意的是,在较高的蒸汽分数下,换热系数随流量变化很大。w88优德备用网址 微博地核中的流速可能非常高,从而造成非常高的湍流。这种传热机w88优德备用网址 微博制被称为“强制对流蒸发”。还没有建立足够的标准来确定从核沸腾到强制对流蒸发的转变。然而,陈提出了一种适用于核沸腾和强制对流蒸发的单一关联,它适用于饱和沸腾条件,并被其他人扩展到包括过冷沸腾。Chen提出了一种关联式,其中传热系数为w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba总和gydF4y2Ba的gydF4y2Ba强制对流gydF4y2Ba组件和一个gydF4y2Ba核心沸腾gydF4y2Ba组件。值得注意的是,用Forster和Zuber(1955)的核沸腾关联法计算了核沸腾传热系数hw88优德备用网址 微博gydF4y2BaFZ.gydF4y2Ba采用Dittus-Boelter(1930)的湍流关联计算了液相对流换热系数hw88优德备用网址 微博gydF4y2BalgydF4y2Ba.gydF4y2Ba

陈氏相关-福斯特- zubergydF4y2Ba

成核沸腾抑制因子S,是有效超热与壁过热的比率。由于边界层穿过的有效过热,因此沸腾热传递减少而不是基于壁温的过热。w88优德备用网址 微博两相乘法器F是Martinelli参数χ的函数gydF4y2BaTT.gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

沸腾的危机 - 临界热通量gydF4y2Ba

干涸与DNBgydF4y2Ba正如所写,在gydF4y2Ba核反应堆gydF4y2Ba,限制gydF4y2Ba局部热量通量gydF4y2Ba对反应堆安全性的重要性是最重要的。为了gydF4y2Ba压水反应堆gydF4y2Ba还有gydF4y2Ba沸水反应堆gydF4y2Ba,有热水液现象,导致突然减少gydF4y2Ba热传递效率w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba(更准确地说在gydF4y2Baw88优德备用网址 微博传热系数gydF4y2Ba).这些现象发生在一定的热流密度,称为“gydF4y2Ba临界热通量gydF4y2Ba”。压水堆和沸水堆传热恶化的现象是不同的。w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba

在这两种类型的反应堆中,问题或多或少与离核沸腾有关。核沸腾热流密度不能无限地增加。在某个值处,我们称之为gydF4y2Ba临界热通量gydF4y2Ba“(gydF4y2BaCHF.gydF4y2Ba)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gydF4y2Ba沸腾的危机gydF4y2Ba”。如前所述,压水堆和沸水堆导致传热恶化的现象是不同的。w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba

离开核沸腾- DNBgydF4y2Ba

DNBR -偏离核沸腾比gydF4y2Ba在的情况下gydF4y2BaPWRS.gydF4y2Ba,命名为关键安全问题gydF4y2BaDNBgydF4y2Ba(gydF4y2Ba偏离核沸腾gydF4y2Ba),从而形成agydF4y2Ba局部蒸汽层gydF4y2Ba,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gydF4y2Ba积累gydF4y2Ba在燃料棒造成gydF4y2Ba戏剧性的增长gydF4y2Ba包层和燃料gydF4y2Ba温度gydF4y2Ba.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)。gydF4y2Ba

在PWR的情况下,临界流量是gydF4y2Ba反环状流gydF4y2Ba,而在BWRs中,临界流通常为环空流。图中描述了干燥后流和dnb后流的流型差异。在gydF4y2BaPWRS.gydF4y2Ba在gydF4y2Ba正常操作gydF4y2Ba这种流动被认为是单相的。但人们对。的性质进行了大量研究gydF4y2Ba两相流gydF4y2Ba在的情况下gydF4y2Ba瞬变和事故gydF4y2Ba(如那个gydF4y2Ba失冷剂事故-失冷剂或rcp跳闸gydF4y2Ba),它们对反应堆的安全非常重要,必须在gydF4y2Ba安全分析报告gydF4y2Ba(SAR)。gydF4y2Ba

在压水堆中,一个关键的安全要求是在稳态运行、正常运行瞬变和预期运行事故(aos)期间不会发生偏离核沸腾(DNB)。如果最小DNBR保持在PWRs的95/95 DNBR上限(95%置信水平下的95%概率)之上,则燃料包壳的完整性将得到保持。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。gydF4y2Ba

核反应堆的热流限制gydF4y2Ba
核反应堆生产gydF4y2Ba巨大的热量gydF4y2Ba(能量)在一个gydF4y2Ba体积小gydF4y2Ba.能量产生的密度是gydF4y2Ba非常大的gydF4y2Ba这就对它的传热系统(反应堆冷却剂系统)提出了要求。w88优德备用网址 微博为了使反应堆在稳定状态下运行,系统中释放的所有热量必须被清除gydF4y2Ba生产得越快越好gydF4y2Ba.这是通过使液体或气体冷却剂通过gydF4y2Ba核心gydF4y2Ba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。gydF4y2Ba

运行中的反应堆的温度在系统内随点而变化。因此,总是有gydF4y2Ba一根燃料棒gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个当地的卷gydF4y2Ba,这是gydF4y2Ba热gydF4y2Ba而不是所有的休息。为了限制这些gydF4y2Ba热的地方gydF4y2Ba的gydF4y2Ba峰值功率限制gydF4y2Ba必须引入。峰值功率极限与偏离核沸腾等现象和可能导致燃料球团熔化的条件有关。gydF4y2Ba

因此,必须适当限制堆芯内部的功率分布。这些限制通常分为两大类:gydF4y2Ba

干涸,bwrgydF4y2Ba

流动沸腾-干燥gydF4y2Ba在BWR中,类似的现象被称为gydF4y2Ba“干涸”gydF4y2Ba它直接相关gydF4y2Ba流型变化gydF4y2Ba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gydF4y2Ba液膜可能排气gydF4y2Ba墙可能是gydF4y2Ba干gydF4y2Ba.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gydF4y2Ba临界值gydF4y2Ba(CHF -临界热流密度)的流型可以达到gydF4y2Ba干涸的条件gydF4y2Ba(液体薄膜消失)。从燃料表w88优德备用网址 微博面到冷却剂的传热是恶化的,结果是gydF4y2Ba大幅度提高燃料表面温度gydF4y2Ba.在高质量地区,危机发生在较低的热流中。由于蒸汽芯内的流速较高,chf后换热比低质量临界通量(即压水堆温升更高、更快)要好得多。w88优德备用网址 微博gydF4y2Ba

参考:gydF4y2Ba
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参见:gydF4y2Ba

沸腾和冷凝gydF4y2Ba

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