什么是温度剖面-核燃料-定义

温度剖面-核燃料。这个例子展示了如何计算燃料颗粒中的温度分布和温度曲线T(r)。优德app热能工程

温度剖面-核燃料

核燃料-温度

参见:核反应堆的热产生

参见:包层表面温度

大多数的压水器使用铀燃料,其形式是二氧化铀。二氧化铀是一种黑色半导体固体,导热系数很低。另一方面,二氧化铀具有很高的熔点和众所周知的特性。的UO2被压缩成圆柱形颗粒,然后将这些颗粒烧结成固体。

这些圆柱形颗粒然后装入并封装在一个燃料棒(或燃料针)内,这是由锆合金,因为它的非常低的吸收横截面(不像不锈钢)。覆盖小球的管的表面被称为燃料包壳

参见:二氧化铀的热传导

机械的行为燃料芯块燃料棒构成三大核心设计学科之一。核燃料在非常恶劣的环境下工作(热辐射,机械),必须承受比正常条件更多的工作。例如,燃料芯块中心的温度超过1000°C(1832°F)伴随着裂变气体的释放。因此,详细了解单个燃料棒内的温度分布对于核燃料的安全运行是必不可少的。在这一节我们将学习热传导方程圆柱坐标采用给定表面温度的Dirichlet边界条件(即采用Dirichlet边界条件)。燃料棒温度分布的综合分析将在单独的章节中进行研究。

燃料球团中心线的温度

考虑燃料颗粒的半径rU= 0.40厘米,其中单位体积产生的热量均匀而恒定,V[W /米3.]。而不是体积热速率qV[W /米3.,工程师经常使用线性热速率ql(W / m),表示1米燃料棒的热速率。的线性热率由容积热率计算得到:

线性热速率和体积热速率

以中心线作为r坐标的原点。由于z方向和方位方向的对称性,我们可以分离变量,将问题简化为一维问题。因此,我们将解出温度作为半径的函数,T (r),只有。为常数热导率, k,对应的形式圆柱热方程是:

热方程-圆柱- 2

这个方程的通解是:

热方程-圆柱-通解

其中C1和C2是积分常数。

热传导-燃料颗粒计算温度分布T(r),在该燃料球团中,如果:

  • 燃料球团表面的温度为TU= 420°C
  • 燃料球团半径rU= 4毫米
  • 材料的平均电导率为k = 2.8 W/m。K(相当于1000°C时的二氧化铀)
  • 线性热速率是l= 300瓦/厘米所以体积热速率是qV= 597 x 106W / m3.

在这种情况下,表面保持在给定的温度TU。这对应于狄利克雷边界条件。此外,这个问题是热对称的,因此我们可以用also热对称边界条件。这些常数可以用代入通解的方法求值,其形式如下:

热方程-圆柱-边界条件

在这些特定的边界条件下,圆柱形燃料球团的结果温度分布和中心线(r = 0)温度(最大值)将是:

热方程-圆柱-解

径向热流在任意半径处,qr[W.m1],在缸内,当然可以通过使用温度分布和与傅立叶定律。注意,随着热的产生,热通量不再独立于r。

下图显示了不同功率下燃料球团内的温度分布。

温度分布-核燃料

______

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,这是比其他所有人都多。为了限制这些热的地方峰值功率限制必须引入。峰值功率限制与a沸腾的危机而且这种情况可能会导致燃料球团融化。然而,冶金方面的考虑使上限关于燃料包壳和燃料球团的温度。以上这些温度燃料有被损坏的危险。核反应堆设计的主要目标之一是提供在所需功率水平产生的热量的去除,同时确保最高燃料温度和最高包层温度总是低于这些预定值。

参见:包层表面温度

引用:
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参见:

热的一代

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