核反應(yīng)堆安全傳熱

前言

在我國(guó)積極發(fā)展核電政策的推動(dòng)下，近年來(lái)核電開(kāi)發(fā)的速度不斷加快，核反應(yīng)堆安全和設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的人才需求量也在日益增多。由于核反應(yīng)堆安全傳熱問(wèn)題是反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題，因此要求學(xué)生對(duì)核反應(yīng)堆安全傳熱有一個(gè)全面系統(tǒng)的了解。雖然目前國(guó)內(nèi)有些院校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了這方面的課程，但是卻沒(méi)有一本正式出版的教材，授課所使用的基本上都是從各種資料上摘錄整理的講義，缺少系統(tǒng)性和全面性，為此根據(jù)多年的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)，我們編寫(xiě)了這本系統(tǒng)、全面介紹反應(yīng)堆安全傳熱的教材。本教材的特點(diǎn)是從反應(yīng)堆安全入手，將反應(yīng)堆運(yùn)行瞬變、冷卻劑喪失，以及嚴(yán)重事故過(guò)程中的熱工水力現(xiàn)象有機(jī)地結(jié)合在一起，使學(xué)生在較短的時(shí)間里對(duì)幾種典型工況下的反應(yīng)堆安全傳熱有一個(gè)全面的了解。本教材的特點(diǎn)是將原理性和工程應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，力求能比較全面地覆蓋有關(guān)反應(yīng)堆安全傳熱方面的主要內(nèi)容。教材在內(nèi)容選取上力求反映現(xiàn)代反應(yīng)堆安全傳熱領(lǐng)域研究的進(jìn)展，介紹一些先進(jìn)反應(yīng)堆的非能動(dòng)安全方案，以及安全傳熱的新理論和新方法，在內(nèi)容安排上注意與工程實(shí)際相結(jié)合。這樣既可以擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，也可以使學(xué)生了解目前先進(jìn)反應(yīng)堆的發(fā)展趨勢(shì)。書(shū)中內(nèi)容涵蓋了有關(guān)反應(yīng)堆瞬態(tài)運(yùn)行及事故過(guò)程的堆芯傳熱，介紹了嚴(yán)重事故發(fā)生后燃料及其冷卻劑的傳熱特性，闡述了嚴(yán)重事故過(guò)程中一些特殊情況下的傳熱機(jī)理，并對(duì)反應(yīng)堆的安全傳熱過(guò)程作了分析。同時(shí)，該教材考慮到盡可能廣的讀者適用面，內(nèi)容安排由淺入深，循序漸進(jìn)，使其也適合從事核工程領(lǐng)域工作的技術(shù)人員培訓(xùn)使用。全書(shū)共分七章，第l章介紹與核反應(yīng)堆安全有關(guān)的問(wèn)題，包括反應(yīng)堆事故類(lèi)型以及目前世界上一些先進(jìn)核反應(yīng)堆的安全系統(tǒng)等。第2章介紹了核反應(yīng)堆瞬態(tài)熱工分析，包括瞬態(tài)工況下冷卻劑流動(dòng)的質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程的介紹、燃料元件的熱工水力特性和停堆后剩余功率的衰減等內(nèi)容。第3章主要介紹了自然循環(huán)流動(dòng)和傳熱特性，從自然循環(huán)的概念和原理入手，詳細(xì)介紹了各種因素對(duì)自然循環(huán)能力的影響，并針對(duì)目前固有安全性反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和運(yùn)行介紹了自然循環(huán)在非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)中的應(yīng)用。第4章介紹了失水事故的類(lèi)型、失水事故時(shí)的兩相臨界流動(dòng)；介紹了失水事故過(guò)程的傳熱問(wèn)題。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)系統(tǒng)全面地介紹了核反應(yīng)堆安全傳熱的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，書(shū)中內(nèi)容涵蓋了有關(guān)反應(yīng)堆瞬態(tài)運(yùn)行及事故過(guò)程的堆芯傳熱，介紹了嚴(yán)重事故發(fā)生后燃料及其冷卻劑的傳熱特性、嚴(yán)重事故過(guò)程中一些特殊情況下的傳熱機(jī)理，分析了反應(yīng)堆的安全傳熱過(guò)程。《核反應(yīng)堆安全傳熱》包括核反應(yīng)堆安全及核反應(yīng)堆瞬態(tài)熱工分析、自然循環(huán)流動(dòng)與傳熱、核反應(yīng)堆沸騰臨界后傳熱、再淹沒(méi)傳熱、冉濕傳熱和反應(yīng)堆熔堆后的傳熱等內(nèi)容。　　書(shū)中涉及的學(xué)科知識(shí)內(nèi)容廣泛、覆蓋專(zhuān)業(yè)面較寬、綜合性強(qiáng)，內(nèi)容反映了目前先進(jìn)反應(yīng)堆的非能動(dòng)安全進(jìn)展以及安全傳熱的新理論和新方法，使學(xué)生可以了解到先進(jìn)反應(yīng)堆安全傳熱研究的發(fā)展趨勢(shì)?！　”窘滩目晒└叩仍盒：四芸茖W(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的研究生使用，也可作為核動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)教材和參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 核反應(yīng)堆安全　1.1 概述　1.2 核反應(yīng)堆安全的發(fā)展歷史　1.3 核反應(yīng)堆事故　1.4 核反應(yīng)堆安全系統(tǒng)　1.5 反應(yīng)堆安全性的發(fā)展　復(fù)習(xí)思考題第2章 核反應(yīng)堆瞬態(tài)熱工分析　2.1 表征冷卻劑熱工水力狀態(tài)的基本方程　2.2 燃料元件的瞬態(tài)特性　2.3 瞬態(tài)過(guò)程中反應(yīng)堆功率計(jì)算　復(fù)習(xí)思考題第3章 自然循環(huán)流動(dòng)與傳熱　3.1 概述　3.2 自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)壓頭　3.3 強(qiáng)迫循環(huán)向自然循環(huán)的過(guò)渡　3.4 各種因素對(duì)自然循環(huán)能力的影響　3.5 自然循環(huán)與非能動(dòng)安全系統(tǒng)　復(fù)習(xí)思考題第4章 核反應(yīng)堆事故分析及傳熱　4.1 反應(yīng)堆失水事故　4.2 失水事故的臨界流動(dòng)　4.3 事故過(guò)程的傳熱　復(fù)習(xí)思考題第5章 沸騰臨界后傳熱　5.1 流動(dòng)沸騰臨界　5.2 沸騰臨界后傳熱　5.3 非平衡態(tài)模型　5.4 沸騰臨界后的傳熱計(jì)算關(guān)系式　5.5 定位格架對(duì)十涸后傳熱的影響　復(fù)習(xí)思考題第6章 再淹沒(méi)傳熱和再濕傳熱　6.1 概述　6.2 驟冷的極限過(guò)程　6.3 瞬態(tài)對(duì)流和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)驟冷模型　6.4 驟冷過(guò)程的膜態(tài)沸騰　6.5 沸騰臨界后的穩(wěn)態(tài)對(duì)流傳熱　6.6 堆芯失水后的再濕潤(rùn)過(guò)程　復(fù)習(xí)思考題第7章 核反應(yīng)堆嚴(yán)重事故后傳熱　7.1 嚴(yán)重事故后的堆芯熔化過(guò)程　7.2 壓力容器熔穿及熔液特性　7.3 熔液與水相接觸的特性　7.4 熔液與水接觸傳熱　7.5 安全殼直接加熱過(guò)程的傳熱　復(fù)習(xí)思考題附錄　附錄1 國(guó)際單位與工程單位的換算　附錄2 核燃料的熱物性　附錄3 包殼和結(jié)構(gòu)材料的熱物性　附錄4 貝塞爾函數(shù)　附錄5 水的熱物性　附錄6 飽和線(xiàn)上水和水蒸氣的幾個(gè)熱物性參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1942年12月2日，由著名科學(xué)家費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)的，放置在芝加哥大學(xué)橄欖球場(chǎng)看臺(tái)下的世界第一座反應(yīng)堆（芝加哥l號(hào)CPU）達(dá)到了臨界，這標(biāo)志著人類(lèi)已經(jīng)掌控了開(kāi)啟核能利用新紀(jì)元大門(mén)的鑰匙。1954年6月，前蘇聯(lián)在奧布寧斯克建成了世界上第一座試驗(yàn)性核電站，它標(biāo)志著核電時(shí)代的到來(lái)。20世紀(jì)六七十年代是世界核電發(fā)展的高潮。1962-1963年第一批商用核電廠建成，其發(fā)電成本可與常規(guī)火電相競(jìng)爭(zhēng)。1966－1980年問(wèn)，全球核電裝機(jī)容量的年增長(zhǎng)率達(dá)到26％，核電的發(fā)展進(jìn)入歷史上的黃金時(shí)代。在這一時(shí)期核電站的各方面技術(shù)都得到了迅速的發(fā)展，核電的大規(guī)模應(yīng)用使核電在整個(gè)世界能源供應(yīng)方面發(fā)揮了重要作用。1979年3月28日美國(guó)三哩島核電站發(fā)生了重大事故，由于運(yùn)行人員判斷失誤以及反應(yīng)堆系統(tǒng)本身存在的潛在問(wèn)題，事故中反應(yīng)堆堆芯由于冷卻不當(dāng)產(chǎn)生熔化，部分放射性物質(zhì)外泄，事故后造成電站周?chē)?km直徑范圍內(nèi)5萬(wàn)人搬遷，給周?chē)用裨斐闪司薮罂只?。三哩島事故后一些人開(kāi)始對(duì)核電的安全性有所懷疑，核電的發(fā)展遇到了困難。事隔7年后，人們還沒(méi)有走出三哩島事故的陰影，1986年4月26日前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站發(fā)生了人類(lèi)歷史上最嚴(yán)重的核電站事故，造成反應(yīng)堆解體，大量放射性物質(zhì)外泄。事故后電站周?chē)?0km以?xún)?nèi)的13萬(wàn)多居民全部搬遷，事故造成直接人員死亡31人。由于放射性煙云擴(kuò)散，事故波及了差不多整個(gè)歐洲，震驚了整個(gè)世界。這兩起事故的后果非常嚴(yán)重，特別是切爾諾貝利核電站事故，對(duì)整個(gè)社會(huì)的環(huán)境、健康、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)公眾心理帶來(lái)了危害，同時(shí)對(duì)核電事業(yè)的發(fā)展也造成了不良影響，一段時(shí)間內(nèi)核電發(fā)展出現(xiàn)了停滯。在經(jīng)歷了幾起大的核電站事故后，世界各國(guó)核電營(yíng)運(yùn)者愈來(lái)愈認(rèn)識(shí)到，核電安全所具有的重大意義，不僅制約核電事業(yè)的發(fā)展，更重要的是將會(huì)對(duì)人類(lèi)和平與安全及社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。事故使人們認(rèn)識(shí)到：核電站事故不但會(huì)影響其本身，而且會(huì)波及到周?chē)h(huán)境和社會(huì)安全，甚至?xí)匠鰢?guó)界。因此，為了可靠地保證核電站周?chē)用竦慕】蹬c安全，必須采取切實(shí)可靠的對(duì)策，以確保反應(yīng)堆的安全。對(duì)已發(fā)生的核電站嚴(yán)重事故進(jìn)行全面的分析，并從中汲取教訓(xùn)是十分必要的，這將使核電站的安全管理更加成熟與完善。自?xún)纱魏穗娬緡?yán)重事故后，各國(guó)的研究工作者對(duì)核電站的安全問(wèn)題十分重視，并開(kāi)始重新考慮核電的安全技術(shù)和安全對(duì)策等問(wèn)題，在核電站安全運(yùn)行方面開(kāi)展了大量的研究工作，并對(duì)反應(yīng)堆及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了多種改進(jìn)。

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