首先基于图4-29导出一维回路流动方程。该回路具有单相和两相堆芯条件的所有必要的特征,包括:
①在代表堆芯的LH长度内热量加入热段中。
②对于有沸腾的情形下,沸腾在ZB处开始发生,沸腾长度为LB。
③堆芯上部的L′B不提供热量输入,代表燃料棒上部的堆腔或者反射层位置。
④冷却发生在冷边热交换器的2LE长度内,代表回路中简化的U形管蒸汽发生器。
对于与z轴夹角为θ的轴向不变流通面积的一维流动的守恒方程包括:
动量方程:
能量方程:
上述方程中,l表示沿通道轴向的流动方向,可能不是一直是竖直方向,f为对应于当前的单相或两相流型的摩擦阻力系数。
将式(4-117)的各项按照图4-29的回路从泵的a点开始积分,到泵的入口点i点结束。先从右边第一项开始。
静压的积分为
式中 Δp泵——运行条件下为正;而因阻力损失,泵在静止条件下为负。
令,则对阻力项在堆芯和堆腔内、蒸汽发生器以及回路的其余部分进行分段积分得到:
式中,Δpex为除了堆芯和蒸汽发生器之外回路的损失。注意Δp堆芯、Δpex和ΔpS.G.为正值,代表了沿回路流动方向压强阻力损失的大小。当只在重力项考虑相密度的变化时,f和Gm在定面积加热通道中就成为与位置无关的量,则
注意如果在堆芯通道中存在某些局部阻力件时,则上式修改为:
式中 Kj——在通道中的j位置的局部阻力系数。可以是单相,也可以是两相。
重力项积分为(www.daowen.com)
式中,dz=cosθdl。
可以很容易看到,当忽略压降对每项的密度变化,ρm仅因为在堆芯和蒸汽发生器的加热或冷却而受到影响。因此在绝热段a′~a″和b′~b都有相同的位头,a和a′两点z向位置都相同,因此上式右边的第一、第二和第四项都为零。因此上式简化为
因此在整个回路对重力项积分得
其中,。因此,重力的净浮力是由热边和冷边的平均密度不同所导致,它的值等于密度差乘以有密度差的总高度。
考虑式(4-117)的左边各项,将第一项积分得到回路中冷却剂的时间加速项:
式中,Lk为具有定常面积Ak的k流段的长度。
对于空间加速项,有
如果泵两边的接管面积相同,通过泵后流体的密度不变,则上式结果为零。
忽略局部阻力损失,回路的动量方程可写为:
式中 Δp泵——泵的压头;
Δpf——整个回路的摩擦压力损失,分为堆芯、蒸汽发生器和其他的外部压头损失等,因此有:
ΔpB为浮力水头,即
对于能量方程,压力变化和摩擦耗散所导致的能量改变可以忽略;在压力变化不大的情况下,∂p/∂t可以忽略。在堆芯及蒸汽发生器之外的焓变化可以忽略,因此,基于图4-29,式(4-118)可以变为
尽管上述方程既可以用于两相,也可以用于单相,但需要注意的是许多反应堆系统工作于单相状态(PWR,LMR和HGTR)。只有在一些严重瞬态条件下,压水堆一回路的蒸汽发生器或液态金属堆的换热器才有两相。因此,先分析单相条件,然后再用类似的方法分析两相条件。
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