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第一章 绪论1

1.1 核能与反应堆发展概况1

1.2 核反应堆动力装置简介2

1.2.1 压水堆动力装置3

1.2.2 重水堆动力装置7

1.2.3 沸水堆动力装置9

1.2.4 舰船核动力装置的特点10

1.3 热工水力分析的目的和任务12

1.3.1 热工水力分析的目的12

1.3.2 热工水力分析任务与方法13

习题13

参考文献14

第二章 堆芯材料和热源分布15

2.1 核燃料15

2.1.1 核燃料分类16

2.1.2 核燃料UO217

2.2 包壳19

2.2.1 包壳的作用19

2.2.2 包壳材料的选择19

2.3 堆内其他结构21

2.3.1 不锈钢21

2.3.2 镍基合金22

2.4 冷却剂和慢化剂23

2.4.1 冷却剂和慢化剂的选择23

2.4.2 水的物性24

2.4.3 水物性查表计算24

2.5 堆芯热源及其分布25

2.5.1 裂变能释放的特点25

2.5.2 堆内热功率计算27

2.5.3 堆芯功率分布及其影响因素28

2.5.4 控制棒、慢化剂和结构材料热源强度32

2.5.5 停堆后的释热34

习题38

参考文献39

第三章 核动力装置传热学基础40

3.1 导热40

3.1.1 导热基本概念及定律40

3.1.2 导热微分方程41

3.1.3 定解条件43

3.1.4 几种典型导热问题的解44

3.2 单相对流换热47

3.2.1 对流换热的基本概念47

3.2.2 管道内强迫对流换热及换热系数49

3.2.3 管道外强迫对流换热及换热系数51

3.2.4 自然对流换热及换热系数53

3.3 沸腾传热55

3.3.1 大容积沸腾56

3.3.2 流动沸腾58

3.3.3 临界热流密度经验公式63

3.4 凝结传热67

3.4.1 层流膜状凝结68

3.4.2 湍流膜状凝结69

3.4.3 膜状凝结的影响因素70

习题71

参考文献72

第四章 反应堆内稳态传热分析74

4.1 定热导率燃料元件导热74

4.1.1 燃料芯块导热74

4.1.2 气隙导热76

4.1.3 包壳导热78

4.1.4 包壳表面对流换热78

4.1.5 元件径向总温降79

4.2 变热导率燃料元件导热80

4.2.1 影响二氧化铀热导率的因素80

4.2.2 二氧化铀热导率的几个经验公式与比较82

4.2.3 包壳与氦气隙的热导率83

4.2.4 燃料芯块积分热导率84

4.3 燃料元件与冷却剂温度场87

4.3.1 冷却剂输热方程87

4.3.2 冷却剂轴向温度场88

4.3.3 燃料元件轴向温度场89

4.4 燃料元件最高温度及其位置92

习题93

参考文献95

第五章 蒸汽发生器与稳压器内热工分析96

5.1 蒸汽发生器传热96

5.1.1 传热模型96

5.1.2 一次侧传热过程97

5.1.3 二次侧传热过程98

5.1.4 管壁热阻和污垢热阻99

5.2 蒸汽发生器的稳态特性100

5.2.1 不同运行方式的稳态特性100

5.2.2 稳态特性计算方法101

5.3 稳压器内热力分析102

5.3.1 冷却剂体积变化的分析102

5.3.2 稳压器内部的热力过程103

5.3.3 稳压器容积计算105

习题110

参考文献111

第六章 核动力装置水力学基础112

6.1 单相流基本方程112

6.1.1 连续性微分方程112

6.1.2 流体运动微分方程113

6.1.3 流体微小流束的伯努利方程式114

6.1.4 总流的连续性方程式115

6.1.5 总流的伯努利方程式116

6.2 管内单相流压降计算116

6.2.1 管内流动型态和流动阻力压降117

6.2.2 沿程摩擦压降118

6.2.3 局部压降121

6.2.4 管中的水锤现象126

6.2.5 气穴和汽蚀128

6.3 两相流基本方程130

6.3.1 基本概念130

6.3.2 基本方程133

6.4 两相流压降计算134

6.4.1 摩擦压降134

6.4.2 加速压降135

6.4.3 提升压降136

6.4.4 局部压降137

习题139

参考文献139

第七章 核动力装置水力分析141

7.1 反应堆内压降计算141

7.1.1 摩擦压降141

7.1.2 提升压降142

7.1.3 加速压降142

7.1.4 定位格架的局部压降142

7.2 蒸汽发生器内压降计算144

7.2.1 一回路侧阻力压降计算144

7.2.2 二回路侧自然循环与水力计算145

7.3 管路压降与泵功率148

7.3.1 管路压降148

7.3.2 泵功率149

7.4 堆芯冷却剂流量的分配149

7.4.1 堆芯流量分配的计算方法149

7.4.2 堆芯流量分配分析151

7.5 流动不稳定性153

7.5.1 流动不稳定性概述154

7.5.2 水动力学不稳定性分析157

7.6 反应堆内自然循环161

7.6.1 基本概念与方程161

7.6.2 堆内水流量确定162

7.7 自然循环下倒U形管内倒流分析164

7.7.1 一维流动换热模型165

7.7.2 对流换热计算公式169

7.7.3 水力学计算模型170

7.7.4 流体倒流分析172

7.7.5 倒流影响因素分析176

7.7.6 倒流流量与倒流管数计算简介179

习题180

参考文献181

第八章 反应堆稳态热工设计182

8.1 热工设计准则182

8.2 热管因子和热点因子184

8.2.1 核热管因子和核热点因子184

8.2.2 工程热管因子和工程热点因子185

8.2.3 降低热管因子和热点因子的途径192

8.3 单通道模型堆芯稳态热工设计193

8.3.1 热工设计参数选择194

8.3.2 热工设计的一般步骤和方法195

8.3.3 安全校核199

8.4 子通道模型堆芯稳态热工设计204

8.4.1 子通道的划分205

8.4.2 基本方程206

8.4.3 求解方法208

8.4.4 常用子通道程序介绍209

8.5 稳态热工设计与热工水力实验的关系210

习题210

参考文献211

第九章 反应堆正常瞬态热工分析212

9.1 集总参数法212

9.2 瞬态传热问题的集总参数求解212

9.3 燃料元件径向温度变化的解析求解214

9.3.1 板状燃料元件215

9.3.2 棒状燃料元件216

9.4 棒状元件径向温度变化的数值求解218

9.4.1 数值求解方法218

9.4.2 功率按指数规律变化时元件径向温度221

9.4.3 有温度反馈缓发超临界过程元件径向温度222

9.5 动态温度场的集总参数法分析225

9.5.1 棒状元件动态温度场225

9.5.2 堆芯热管动态温度场228

9.6 反应堆瞬态过程的快速仿真分析232

9.6.1 有反馈的反应性变化过程仿真232

9.6.2 负荷大幅变化时的仿真236

习题239

参考文献240

第十章 海洋与机动条件下的流动与换热241

10.1 海洋条件下船体运动的特点241

10.2 摇摆时内部层流流动与对流换热242

10.2.1 圆管242

10.2.2 矩形通道244

10.3 摇摆时内部湍流流动与对流换热245

10.3.1 圆管245

10.3.2 矩形通道249

10.4 舰船运动对一回路自然循环的影响251

10.4.1 水平加速直线运动253

10.4.2 竖直加速直线运动254

10.4.3 回旋256

10.4.4 横倾257

10.4.5 纵倾257

10.4.6 摇摆260

习题260

参考文献261

第十一章 核动力装置热工水力计算分析工具简介262

11.1 核动力装置热工水力计算分析工具的发展262

11.2 最佳估算程序263

11.2.1 最佳估算程序的建模方式263

11.2.2 计算结果不确定性的主要来源264

11.2.3 最佳估算程序的验证264

11.2.4 RELAP系列程序简介265

11.2.5 CATHARE程序简介266

11.2.6 TRAC程序简介267

11.3 计算流体动力学程序269

11.3.1 计算流体动力学简介269

11.3.2 控制方程的通用形式269

11.3.3 计算区域网格划分270

11.3.4 湍流模型270

11.3.5 CFD计算的误差分析271

11.3.6 FLUENT软件简介272

11.4 核动力装置自然循环分析平台273

11.4.1 反应堆时空中子动力学计算模块273

11.4.2 反应堆及主冷却剂系统热工水力分析模块276

11.4.3 一回路辅助系统及二回路系统流体网络计算模块278

习题280

参考文献281

附录Ⅰ 一些核燃料的热物性282

附录Ⅱ 水和水蒸气的热物性283

附录Ⅲ 氦气的热物性296