理论教育 单相瞬态问题的应用场景和解决方案

单相瞬态问题的应用场景和解决方案

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:考虑单个加热通道的流动瞬态过程中的行为。如果系统压力恒定,即与z和t无关,则冷却剂焓hm的变化为[与热膨胀流体的式相同]:式中 Ph——单位长度的壁面面积。第二个解属于在瞬态开始时尚未进入反应堆的第二个流体域。图6-10假想流动瞬态中时间-距离关系通过积分dz/Gm=dt/ρm来确定区域Ⅰ的解,得到它描述了区域Ⅰ的特征线方程,表示了流体的路径。这时,分析中应同时考虑连续性方程和动量守恒方程。

单相瞬态问题的应用场景和解决方案

在流体系统中,特征线定义了z-t空间中如流体团或在流体中传播的扰动等的传播路径。如果考虑一维管道内的流动,则将其特征线定义在二维空间中,扰动的轴向作为一维,时间作为另一维。需要注意的是,这些特征线与特定物理系统中的传播能力有关,而不是与特定传播过程有关。即使不存在物理干扰,也可以定义它们。

使用Tong和Weisman所讨论的问题可以很容易说明MOC方法。考虑单个加热通道的流动瞬态过程中的行为。假设入口质量流速遵循式(6-45):

式中,当t>0时,G0是常数。此外,假设系统在t=0时为稳态,在整个瞬态过程中,热流密度q″(z)和入口焓hin保持其稳态值不变。如果系统压力恒定,即与z和t无关,则冷却剂焓hm的变化为[与热膨胀流体的式(6.18)相同]:

式中 Ph——单位长度的壁面面积。

设ρm为常数,因为Gm(z,t)等于Gin(t),则方程变成了6.1.3节的SV模型。式(6-46)就有了与式(6-4)相同的形式,因此特征方程变为

注意,即使ρm依赖于hm,式(6-47)仍然有效。

式(6-47)有两个解。一个解属于瞬态开始时在反应堆内给定位置z0存在的流体域。流体质点的后续位置由图6-10中区域Ⅰ适当的线表示。第二个解属于在瞬态开始时尚未进入反应堆的第二个流体域。这部分流体可以用t0来描述,表示从瞬态开始到这部分流体进入反应堆时的时间间隔。该部分流体的位置时间特性由图6-10的区域Ⅱ内的线表示。区域Ⅰ和区域Ⅱ通过特性极限分开,特性极限对应于瞬态开始时刚好处于反应堆入口的流体,即z0=0和t0=0。

图6-10 假想流动瞬态中时间-距离关系

通过积分dz/Gm=dt/ρm来确定区域Ⅰ的解,得到

它描述了区域Ⅰ的特征线方程,表示了流体的路径。对积分,得到(www.daowen.com)

式中,h0(z0)是零时间和轴向位置为z0处冷却剂的焓,而G0则是t=t0时的质量流速。根据稳态条件得到h0(z0),并将其代入式(6-49),得到

式中 hin——入口焓。

用式(6-48)求解得到(1+t)后,将其代入式(6.50),最后得到:

对于给定的热流密度分布,对式(6-51)积分,获得从z0开始的任何流体包在z处的焓。相应的时间由式(6-48)得到。

为了得到区域Ⅱ的解,对dz/Gm=dt/ρm积分,现在从流体首次进入反应堆的时间开始(在z=0的时间)到t进行积分,得到:

该方程描述了图6-10中区域Ⅱ的特性曲线。对从0到z积分,并代入(1+t)的关系,得到

特性极限曲线是在z0=0的区域Ⅰ内式(6-52)的解,也是t0=0时区域Ⅱ内式的解。因此有

上述例子的解是完整的,因为流体的焓和流速在每个空间和时间点都是已知的。在区域Ⅰ中,hm(z,t)由式(6-51)和式(6-48)给出,而在区域Ⅱ,则由式(6-53)和式(6-52)给出。根据定密度的假设,在任何给定时间,通道中任何地方的流速都相等,即V(z,t)=Vin(t)。对于流速远小于声波速度的液体,该模型是合理的。然而,在许多情况下,评估伴随局部流体速度突变的压力扰动很重要。这时,分析中应同时考虑连续性方程和动量守恒方程。

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