在棒状燃料元件的设计中,为了保持所需要的栅距以及防止在反应堆运行过程中产生振动和弯曲,通常在相邻的燃料元件之间沿着高度方向安装适当数量的定位件。定位件的形式很多,粗略地可以把它们分为两类:①不同几何形状的横向定位格架。②缠绕在单棒上的螺旋形定位丝。图4-7是这两类典型定位件的示意图。由于定位格架和定位丝在结构上以及在棒束中安装的位置各有不同,因此,通常采用两种不同的方法来计算它们的压力损失。
图4-7 棒束元件定位方法
流体通过定位格架或定位丝的压力损失为阻力型,压力损失可以用压损系数计算。定位件阻力损失的大小可以与光棒的沿程阻力的量级相当。
在计算定位格架形阻压降的各种经验公式中,以Rehme推荐的经验公式用得较多,该式表示如下:
式中 Δpgd——定位格架形阻压降,Pa;
φ——定位格架正面的凸出截面积与棒束中的自由流通截面积之比;
Vb——棒束通道中的平均流速,m/s;
Kgd——定位格架形阻系数(Kgd=Cvφ2),经验系数Cv为棒束组件中雷诺数Reb的函数。
Rehme根据实验数据推荐的经验系数Cv随Reb的变化示于图4-8中。棒束组件中的雷诺数Reb由下式确定,即
式中 De=4A/Ue,其中A是棒束总流通截面积;
Ue——包括盒壁在内的润湿周长。
图4-8 经验系数Cv随棒束组件中雷诺数的变化(www.daowen.com)
在用定位丝作定位件的棒束组件中,定位丝是沿着每根单棒的全部长度缠绕的,显然所产生的压力损失也应该沿着棒束组件的全部长度分布。Rehme用修正棒束组件摩擦阻力系数的方法,把冷却剂流过定位丝所产生的压力损失归并在摩擦压力损失项中。这里的总摩擦压力损失Δpf,s同棒状燃料元件的栅距P与燃料棒的直径D之比(P/D)、螺旋定位丝的节距t以及棒束组件中的燃料元件的数目有关。计算总摩擦压力损失的公式为
式中 fs——修正的摩擦阻力系数;
Ub/Ut——棒束组件中燃料元件棒和定位丝的润湿周长与总润湿周长(包括盒壁)之比;
Ve——棒束组件中冷却剂的有效流速(考虑定位丝产生的涡流影响在内),m/s。fs用修正雷诺数计算,其方程为
其中,Res=ρVeDe/μ。有效流速由下式求得
式中 ——定位丝平均直径;
Vn——棒束组件中冷却剂的名义流速,其计算式为
式中 G——棒束组件中的质量流速;
B——棒束组件的宽度;
n——棒束组件中燃料元件的数目。
式(4-20)的适用范围为:Res=103~3×105;
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