下面讨论蒸汽发生器一次侧冷却剂与二次侧工质这两者间流量、温度和压力等参数之间的相互关系。

冷却剂流量与工质流量间的关系可通过热平衡关系求出。已知两者的压力和温度，并忽略热损失及出口蒸汽的过热度，则冷却剂传出的热量应该等于工质吸收的热量，即

或

式中 W1，W2——一次侧和二次侧的总流量，kg/h；cp——冷却剂定压比热容，J/（kg·℃）；

hf，in，hf，ex——冷却剂流出和流入蒸汽发生器的比焓，J/kg；

hgs，hw——工质饱和蒸汽和给水比焓，J/kg；

Tf，in，Tf，ex——冷却剂流出和流入蒸汽发生器时的温度，℃。

以压水动力堆为例，假设已知堆工作压力p为15.5 MPa，冷却剂Tf，in，Tf，ex分别为286℃及324℃；又已知蒸汽发生器内工质的工作压力psg为5.7 MPa，饱和蒸汽比焓hgs为2.786 MJ/kg，工质给水比焓hw为1.068 MJ/kg（Tw=246℃）。则依据式（5-61），可得

即

由此可见，产生1 kg的饱和蒸汽，就需要吸收9 kg的冷却剂自Tf，ex至Tf，in放出的热量。这是由于给水变为饱和蒸汽需要吸收大量的汽化潜热，而冷却剂的温度自Tf，ex至Tf，in并未发生相变，放出来的只是显热。这也回答了为什么核电厂的厂用电主要消耗在一回路主循环泵上的原因。当然，不同类型的核电厂这个比值是不尽相同的。

一次侧冷却剂与二次侧工质的流量大小还影响到蒸汽发生器的传热系数的大小。蒸汽发生器的传热方程为

式中 U——蒸汽发生器中冷却剂与工质间的传热系数，kW/（m2·℃）；

FSG——蒸汽发生器的总传热面积，m2；

Δ——蒸汽发生器中冷却剂与工质间的平均温差，℃；

Q——蒸汽发生器中由冷却剂传给工质的热量，kW。

综合传热系数可由式（5-64）计算

平均温差Δ可由式（5-65）求得

式中 Tf ——一次侧冷却剂的平均温度，℃；

——二次侧工质的平均温度，℃。

蒸汽发生器中ΔθSG 的大小与ΔθK有关。若ΔθK减小，则Δ减小；当一定时，应使增加，以提高动力循环热效率。然而这样一来ΔθK就会减小，若要使一定量的热量Q由一次侧传到二次侧，就必须增大传热面积FSG和传热系数U。由于核电厂的空间限制比较小，FSG可以加大，不过这会使设备投资增加。管壁材料选定后，热导率也就确定下来。这样，在管壁厚度一定的情况下，要增大传热系数，只有增大h1和h2。就只有靠提高一次侧冷却剂和二次侧工质的流速，而流速的提高要受蒸汽发生器因为流体冲刷而引起的侵蚀、流致振动和冲击的限制，还要受泵功率增加的限制。

下面讨论一次侧冷却剂与二次侧工质温度（及相应压力）间的关系。

（1）提高二次侧工质的给水温度(www.daowen.com)

如图5-6所示，在Tgs（相应饱和压力pgs）不变的情况下，提高给水温度Tw，可以提高动力循环的热效率。这时若仍保持Δθk不变，则当Tw上升时，Tgs必须下降。而由于Tgs对热效率的影响较Tw的大，所以动力循环热效率反而降低。由此可见，给水温度Tw不能任意提高。

图5-6　提高Tw时蒸汽发生器的Q-T图

（2）提高一次侧冷却剂的热工参数

要想在保持Δθk不变的条件下提高Tw或Tgs，只有同时提高一次侧冷却剂的进出口温度Tf，in和Tf，ex。提高Tf，ex会受到燃料元件包壳加速腐蚀的限制，还需提高堆内的工作压力p，这将受到多方面条件的限制。因而只能提高Tf，in，但提高Tf，in会使堆内冷却剂温度Tf，ex-Tf，in变得较小，从图5-6中可以看到，Tf，ex-Tf，in变化比较平缓。这时若仍维持堆的总功率不变，就要求增加冷却剂流量。在压水堆中，水的密度较大，比热容也较大，若循环泵原来所消耗的功率不太大，稍微提高Tf，in也不会使冷却剂流量W1增加太多。由于以上原因，压水堆中冷却剂温升ΔT一般较小，为25～30℃。在这种情况下，动力循环只能采用饱和汽轮机。在气冷动力堆中，气体的密度较小，比热容也较小，一回路循环风机所消耗的功率本来就较大，当Tf，ex一定时，要提高Tf，in就会使冷却剂的流量增加较多，从而使循环风机所消耗的功率更大；这样一来，还会要求循环风机等设备的尺寸也相应增大。因此气冷动力堆中冷却剂的温升一般取得比较大。

在讨论了蒸汽发生器的工作条件和一、二回路的热工参数间的关系后，现在再来讨论动力循环中工质平均受热温度的选择。应该说明的是，这些讨论没有涉及设备费用的问题，因而有很大的局限性。

前面已经指出

式中

由堆芯燃料元件与冷却剂间的对流换热过程，可得堆芯输出的热功率

图5-7　典型核电站的一、二回路间温度的关系

ηt值可由式（5-69）表示：

式中 Δs——工质由给水温度变为饱和温度时比熵的变化量，J/（kg·K）；

——汽轮机乏汽冷凝温度，K。

将ηt代入Ne中得

其中，C1=hFη′t。

图5-8　Nt、Ne、ηt与的关系

（Ne，R为实际的Ne）