热工水力学-第1章 燃料元件和冷却剂的热物性.ppt

一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 1.3 核燃料，包壳材料及冷却剂的热物性 1. UO2的密度 UO2的理论密度是10.98 g/cm3，所谓理论密度是根据晶格常数计算得到的，实际制造出来的UO2芯块是由粉末状的UO2烧结出来的，由于制造工艺造成存在空隙，达不到理论密度，计算中一般取95%理论密度下的值：10.41 g/cm3 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 2. UO2的熔点 UO2的熔点随O/U比和微量杂质而变化，由于UO2在高温下会析出氧，使得O/U比在加热过程中要发生变化，因此UO2的真正熔点难以测定。正是由于这个缘故，不同的研究人员测得的熔点各不相同，但大体都在2805 ℃左右. 氧铀比为2时二氧化铀熔点最高。（表1-1） 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 3. UO2的热导率 UO2热导率在燃料元件的传热计算中具有特别重要的意义，因为导热性能的好坏将直接影响芯块内的温度分布和芯块中心的最高温度。 95%理论密度的芯块的热导率可用下式计算得到。 只适合O/U=2且95%理论密度。 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 影响 UO2的热导率的因素 温度影响：根据一些研究人员的研究结果显示，温度低于1600℃时，热导率随温度升高而减小，而高于1600℃时，热导率随温度升高而略有升高； 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 影响 UO2的热导率的因素 化学成分的影响： 随着氧铀比增加，热导率将显著下降。 低温影响高于高温，温度超过1500℃时，氧铀比对热导率的影响更小。 孔隙率的影响： 孔隙率存在将使热导率减小。（固体导热横截面积减小；边界面积增大增加了散射作用。） 孔隙可以容纳裂变气体，并减少芯块肿胀。 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 影响 UO2的热导率的因素 孔隙体积占芯块体积的份额称为孔隙率（Rh）,则孔隙率为Rh的燃料热导率KR为： 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 影响 UO2的热导率的因素 Maxwell Eucken 公式 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 4. UO2的比热 ：比热可以表达为温度的函数 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.1二氧化铀的热物性 4. UO2的比热 ：比热可以表达为温度的函数 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.2包壳和某些结构材料的主要热物性 1、包壳材料的热导率 Zr-2合金的热导率 Zr-4合金的热导率 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.2包壳和某些结构材料的主要热物性 1、包壳材料的热导率 ZrO2的热导率 不锈钢(SS306)的热导率 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.2包壳和某些结构材料的主要热物性 2、惰性气体的热导率 惰性气体主要指氦，氖，氩，氪和氙等。 水冷动力堆燃料元件的包壳内表面与燃料芯块表面之间留有一定的间隙，其间充满低分子量的气体,例如氦气 随着燃耗的增加，裂变气体的释放，都会使间隙中的气体成分不断改变，一般设氪占裂变气体的15%，氙占85%（分子比）。 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.2包壳和某些结构材料的主要热物性 2、惰性气体的热导率 计算混合气体热导率的方法： 惰性气体的热导率可表示为： A， B 为实验常数可查表1-4 Xi-某种气体分子率 Mi-某种气体分子量 Ki-某种气体热导率 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.2包壳和某些结构材料的主要热物性 3、包壳材料的比热 Zr-2合金的比热 当t=0～633℃时 当t=633～813℃时 当t=972～1050℃时 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.2包壳和某些结构材料的主要热物性 3、包壳材料的比热 Zr-4合金的比热 当t=0～750℃时 当t>750℃时 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.3 膨胀系数 膨胀系数是物体的几何尺寸由于温度变化而产生的变化率，常用的有线膨胀系数和体积膨胀系数。定义为： 膨胀系数一般随温度的变化而变化，二氧化铀在温度24℃到2800℃的范围内膨胀系数约为11.02×10-6/℃。包壳和其他材料见附录Ⅰ 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.3.4 水和水蒸汽的热物性 饱和水和蒸汽的热物性：附录Ⅱ 过冷水和过热蒸汽的热物性：附录Ⅲ 重水和轻水的热物性相接近。 一、燃料元件和冷却剂的热物性 1.4 辐照（燃耗）对热物性的影响 燃耗表示堆芯内每单位质量燃料在换料前一共释放多少能量。单位MW·d/t铀。 1.4.1辐照（燃耗）对二氧化铀熔点的影响 辐照后，随着固相