具体描述
内容简介
《全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材：核动力系统热工水力计算方法》共分9章。第1～4章介绍核动力系统完整的建模与数值计算。第5、6章以专题的形式介绍了两相流数值分析技术、热工水力关键现象的数值模拟。第7章介绍新方法在反应堆热工水力数值模拟方面的应用。第8章为先进反应堆系统热工水力分析。第9章系统地展现了作者所在单位关于运动条件下的核动力装置热工水力特性的研究成果。《全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材：核动力系统热工水力计算方法》可作为高等院校反应堆工程专业研究生的专业基础课教材，也可供相关专业的工程技术人员参考。
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目录
第1章 冷却剂热工水力计算的基本模型1.1 稳态工况下的热工水力模型
1.1.1 一维稳态单相流动的基本守恒方程
1.1.2 一维稳态两相流动的基本守恒方程
1.2 瞬态工况下的热工水力模型
1.2.1 一维流动时的基本热工水力模型
1.2.2 三维流动时的基本热工水力模型
参考文献
第2章 相关传热及水力学模型
2.1 对流换热模型
2.1.1 单相液体对流传热
2.1.2 欠热沸腾区传热
2.1.3 饱和沸腾区传热
2.1.4 稳定膜态沸腾区或缺液区对流传热
2.1.5 单相蒸汽对流传热
2.1.6 界限含汽量计算
2.1.7 过渡沸腾传热
2.1.8 作者在科研中所选公式汇总
2.1.9 凝结换热
2.1.10 管外壁与空气换热
2.2 热传导模型
2.2.1 燃料元件热传导方程
2.2.2 包壳导热方程
2.2.3 蒸汽发生器换热管管壁导热方程
2.3 间隙导热
2.4 阻力系数
2.4.1 单相摩擦阻力系数关系式
2.4.2 两相摩擦阻力系数关系式
2.4.3 局部阻力系数关系式
参考文献
第3章 辅助模型
3.1 空泡份额模型
3.1.1 饱和沸腾区的空泡份额
3.1.2 欠热沸腾区的空泡份额
3.2 临界热流密度及DNBR的计算
3.2.1 qCHF计算关系式
3.2.2 qCHF表
3.2.3 qCF{F及DNBR的计算结果比较及讨论
3.2.4 两相流动不稳定性对qCHF的影响
3.2.5 重水堆的qCHF与临界功率比
3.2.6 临界热流密度的机理模型
3.3 堆芯中子动力学方程
3.3.1 堆芯中子动力学方程
3.3.2 反应性反馈
参考文献
第4章 核动力系统稳态与瞬态热工计算实例
4.1 概述
4.2 系统及设备数学物理模型
4.2.1 反应堆数学物理模型
4.2.2 蒸汽发生器数学物理模型
4.2.3 稳压器数学物理模型
4.3 主循环泵模型
4.3.1 主循环泵及四象限特性
4.3.2 主循环泵状态选择
……
第5章 两相流数值分析技术和商用程序简介
第6章 关键热工水力现象的基本模型
第7章 新方法在反应堆热工水力数值模拟方面的应用
第8章 先进反应堆系统及其热工水力分析
第9章 运动条件下核动力装置的热工水力特性
前言/序言
随着世界核能事业的发展，核能已成为世界能源结构的重要组成部分。我国为了优化能源结构，制定了“积极推进核电建设”的战略，坚持“引进、消化、吸收、再创新”的核电发展方针，组织并实施了“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站”的重大专项。先进核能系统对安全性提出了新的更高的要求。核动力系统热工水力与安全分析计算是研究其安全性的基础。围绕核能系统的热工水力与安全分析，作者及其课题组经过20多年的科研工作，取得了一些突破性的研究进展，已经建立起较为完善的研究方法与理论体系。本书是在归纳、整理和总结作者多年来的研究成果的基础上完成的一部学术专著。同时，为了尽可能全面地反映国际研究动态，书中也介绍了其他研究者的成果。
本书共分9章。作者的分工如下：苏光辉教授执笔第1～3章、6.2节、7.1节、8.8节、9.1节和9.4节，秋穗正教授执笔第8章和6.3节，郭玉君博士执笔第5章（不合第5节），张金玲博士执笔第4章（不含第8节和第10节），田文喜副教授执笔4.8节、5.5节、6.1节、7.2节和7.3节，巫英伟副教授执笔4.10节，现任哈尔滨工程大学教授的谭思超博士后执笔9.2节和9.3节。全书由苏光辉教授统稿，
本书第1～4章介绍核动力系统完整的建模与数值计算。在核反应堆的热工水力研究领域，核能系统的瞬态模拟一直是重点和难点。这部分工作既涉及冷却剂瞬态的热工水力基本模型，也包含了传热与流动阻力模型，还包括了大量辅助模型的建立。这些模型既有来自纯理论的数学推导，如冷却剂的热工水力基本模型，也包含了相当多的依赖于实验得到的经验关系式，如对流传热的经验关系式、摩擦阻力系数的选取以及辅助模型中空泡份额的确定等。除此之外，核能系统的瞬态计算是多个设备相耦合的计算，一个回路系统中就包括了堆芯、稳压器、蒸汽发生器和主泵以及管道等的联合建模，再加上余热排出等其他辅助设备，整个系统的建模是一个相对复杂和庞大的工程。多种设备、复杂模型的联合求解对数值计算方法也提出了很高的要求，如刚性方程和非刚性方程的同时求解问题。因此，要进行核能系统的瞬态分析程序的开发，既需要研究者在热工水力领域的基础理论方面有深厚的功底，也需要其在数值计算方法的实现上具有相当的经验。
第5～6章以两个专题的形式介绍了两相流数值分析技术、热工水力关键现象的数值模拟。两相流数值分析技术在反应堆的热工设计与安全分析中日益受到重视，而且随着计算机技术的提高，该数值分析技术正在飞速的发展。第5章重点介绍了目前广泛应用的两相流数值分析技术中采用的思想、模型以及具体的数值算法，是对两相流数值技术一个比较完整的总结。第6章中论述了热工水力领域非常重要的两相流动不稳定性、临界流等现象的数值分析方法，作者所在课题组对这些现象做了深入的研究。
近年来，反应堆的热工水力研究领域出现了一些新的研究热点和技术前沿问题，例如人工神经网络、小波分析、粒子法等新方法在核能领域的应用，以及新型核动力堆如超临界水堆、熔盐堆等的热工设计与安全分析。从第7～9章可以发现，作者最近几年在这些新的研究领域开展了大量深入的研究，并取得了相当丰硕的研究成果。第7章中介绍的神经网络、遗传算法与小波分析在核能领域的应用展现了其在处理数据信息时的明显优势；移动粒子半隐式（MPS）方法对动态过程的真实模拟为数值模拟技术提供了新的强有力的工具。第8章的新型核动力堆的热工设计分析是作者所在课题组在核能最新技术领域长期研究与积累的综合展现，是本书的最大亮点之一。课题组对超临界水堆、钠冷快堆、行波堆、熔盐堆等的热工物理技术研究与安全分析做了大量的研究工作，已经走在了国际的最前沿，这对中国第四代堆进一步的设计与研发提供了重要的参考资料。
第9章系统地展现了作者所在单位关于运动条件下的核动力装置热工水力特性的研究成果。舰船所呈现的绕轴运动或沿轴向运动等典型以及耦合运动工况会给冷却剂流动带来一个附加力，这对运动条件下的流动换热特性以及流动不稳定性和临界热流密度都会带来较复杂的影响。
用户评价
翻开《核动力系统热工水力计算方法》，那个“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”的标识，让我立刻感受到了一种沉甸甸的学术分量，心中既有对知识殿堂的敬畏，也充满了期待。我当时的心情，如同一个渴望解开迷局的侦探，手中紧握着一把关键的钥匙。我最想深入了解的，是书中关于“传热强化”技术在核动力系统中的应用。在追求更高效率和更紧凑设计的今天，如何有效地提高传热效率，是核动力工程师们不断探索的课题。我期待书中能够介绍各种传热强化手段，例如在冷却剂通道内设置扰流件、使用微结构表面、或者采用特殊的沸腾模式等，并详细阐述这些技术背后的物理原理以及它们在实际工程中的应用效果。我希望能够理解如何在保证安全的前提下，通过这些技术来提高热功率密度，从而减小设备体积、降低建造成本。另外，核动力系统往往运行在高温高压的苛刻环境下，对材料的性能提出了极高的要求。我非常关注书中是否会涉及材料热工水力性能的分析，例如，在高温下，某些材料的导热系数、热膨胀系数等参数会发生变化，这些变化又会如何影响系统的热工水力行为？我希望书中能够提供相关的材料模型和计算方法，帮助我们理解材料特性对热工水力计算的影响，以及如何在材料选择上兼顾性能和安全性。我渴望从这本书中，不仅仅学到计算方法，更能领略到工程设计中的智慧和权衡。
评分当我在书店翻开这本《核动力系统热工水力计算方法》，首先吸引我的并非那厚重如砖块的篇幅，而是它背后所承载的“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”的权威背书。这四个字，在无数个挑灯夜战的夜晚，在无数次对理论与实践的迷茫与求索中，都曾是激励我前行的灯塔。我当时的心情，可以用一种复杂而又充满期待的情感来形容：既有对知识渴望的跃跃欲试，也夹杂着一丝面对未知挑战的忐忑。我迫切地想知道，这本书究竟能否成为我攻克核动力系统热工水力学难题的利器？它是否能够像一位经验丰富的导师，为我拨开那些晦涩难懂的公式和模型背后的迷雾？我特别关注的是，书中对于一些核心概念，比如燃料棒的热传导、堆芯的流体力学特性、以及冷却剂的传热机制，是如何进行阐述的。是生硬地堆砌数学公式，还是循序渐进地引导读者理解其物理本质？我期望它能够提供清晰的推导过程，并且在必要时辅以直观的图示和案例，帮助我们这些初学者建立起对复杂现象的感性认识。同时，作为一本工程硕士的推荐教材，我更看重它在实际工程应用层面的价值。它是否能够提供一些实用的计算工具、方法论，甚至是软件使用的指导？能否帮助我们理解如何在实际的核电站设计与运行中，运用这些理论知识来解决实际问题？例如，在堆芯设计过程中，如何通过热工水力计算来优化燃料组件的布置，确保其安全裕度？在事故工况下，如何准确预测冷却剂的温度和压力变化，从而制定有效的应急预案？这些都是我非常关心的实际应用细节，也是我选择阅读这本书的重要动力。我期待它能是一本既有深度又不失广度的著作，能够为我们未来的科研和工程实践打下坚实的基础。
评分在书店的灯光下，《核动力系统热工水力计算方法》那“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”的 title，犹如一枚勋章，让我感受到其中蕴含的严谨与权威。我的心头涌上一股强烈的求知欲，仿佛站在一座知识的宝库门口，急切地想一探究竟。我特别在意的是，对于那些容易产生共振、振动或者空化等动力学不稳定现象，这本书是如何进行分析和预测的。在核动力系统中，这些现象一旦发生，轻则影响设备寿命，重则可能导致严重事故。我希望书中能够提供一套系统的分析方法，包括如何建立相应的动力学模型，如何计算系统的固有频率，以及如何评估外界扰动对系统稳定性的影响。我希望能够学习到如何通过优化结构设计或改变运行参数来避免这些不利的动力学现象。此外，核燃料的性能也是影响热工水力计算的重要因素。我关心书中对燃料棒设计、燃耗过程以及燃料性能演变（如燃料膨胀、裂变产物释放等）的热工水力影响的论述。了解这些因素如何影响堆芯的温度分布、功率分布以及冷却剂的工况，对于准确进行堆芯设计和安全分析至关重要。我希望书中能够提供相关的模型和计算方法，让我们能够理解燃料从制造到废弃的整个生命周期中，其热工水力特性是如何变化的，以及这些变化对反应堆整体安全运行可能带来的影响。
评分当我指尖触碰到《核动力系统热工水力计算方法》那沉甸甸的书脊，醒目的“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”字样，瞬间让我的心弦为之一振，仿佛看到了通往专业顶峰的阶梯。我当时的心情，是一种掺杂着兴奋与严肃的复杂情绪，如同即将接受一场严格的考核。我尤其关注书中对“热点”问题的处理。在核反应堆的热工水力分析中，常常会出现局部过热的“热点”，这些热点不仅会影响燃料的寿命，更可能成为安全隐患。我希望书中能够提供详细的分析方法，包括如何识别热点、如何计算热点的温度、以及如何通过优化燃料组件设计或调整运行参数来消除或抑制热点。我希望能够学习到如何运用多物理场耦合的计算方法，来更全面地评估热点对堆芯整体安全的影响。此外，对于不同类型的核反应堆，其热工水力特性和设计理念也存在显著差异。我期待书中能够对不同堆型（如压水堆、快堆、熔盐堆等）的热工水力特点进行比较和分析，介绍它们各自在设计、运行和安全方面的独特挑战，以及相应的计算方法。了解这些差异，对于拓宽我们的视野，理解核能技术的多样性，以及为未来的技术发展奠定基础至关重要。我希望这本书能够成为一本“百科全书”式的参考，为我提供了解不同核反应堆类型的窗口。
评分当我目光落在《核动力系统热工水力计算方法》封面上那“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”的字样时，一种沉甸甸的责任感和对知识的渴望瞬间交织在一起。我感觉，这不仅仅是一本书，更是一份沉甸甸的信任。我最先想到的是，在核动力系统中，除了堆芯本身，其周边设备的热工水力设计同样至关重要。比如，蒸汽发生器、主泵、以及各种换热器，它们的效率和可靠性直接影响着整个核电站的性能和安全。我希望这本书能够详细介绍这些关键设备的热工水力计算方法。例如，在蒸汽发生器中，如何计算传热面积、蒸汽产量以及二次侧的传热系数？在主泵的设计中，如何分析其水力性能，并确保在各种工况下都能提供稳定的冷却剂流量？我非常期待书中能够提供具体的计算公式、图表以及工程实例，帮助我们理解这些复杂设备的设计原理和性能评估方法。同时，核电站的长期运行和维护也需要依赖精确的热工水力分析。我关注书中是否会涉及一些关于设备老化、磨损等因素对热工水力性能影响的讨论。例如，随着时间的推移，换热器表面可能会结垢，主泵叶轮可能会磨损，这些都会影响其传热和输运能力。我希望这本书能够提供一些分析这些退化效应的方法，以及如何通过热工水力计算来评估其对系统安全和效率的影响，并为设备的维护和更换提供依据。我渴望从这本书中获得一种“全景式”的视野，不仅仅关注核心，更能理解系统整体的运行机制。
评分当我的指尖划过《核动力系统热工水力计算方法》那略显沉重的封面，印刻在上面的“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”几个字，如同敲响了警钟，也像是注入了强心剂。我当时的心情，是一种夹杂着敬畏与好奇的复杂情感，仿佛即将踏入一座古老而神秘的知识殿堂。我第一个想要探究的，就是书中对“流动沸腾”这一关键现象的论述。在过去的学习中，我常常被其复杂的相变过程和瞬态特性所困扰，希望这本书能为我提供一个清晰、系统的理论框架，让我能够透彻理解其背后的物理机理。我期待作者能够详细阐述不同类型流动沸腾模式（如泡核沸腾、环状沸腾等）的形成条件、演变过程，以及它们对热量传递效率的影响。同时，我也非常关心书中对于“热通道不稳定性”问题的处理。这种现象一旦发生，后果不堪设想，因此，如何准确地预测、分析和避免热通道不稳定性，是每一个核动力工程师必须掌握的技能。我希望这本书能够提供详细的数学模型和计算方法，帮助我们理解不稳定性发生的根源，并给出相应的抑制措施。此外，对于核动力系统的热工水力计算，离不开对计算流体力学（CFD）技术的应用。我希望书中能够介绍CFD在核动力系统分析中的具体应用，包括网格生成、物理模型选择、求解器设置等关键环节，并提供一些经典的CFD算例，展示如何利用CFD来分析堆芯内部的流动分布、温度场以及压力场。我希望这本书能够成为我打开CFD在核动力领域应用大门的钥匙，让我能够掌握这一强大的工具，为更深入的研究和更精确的工程设计奠定基础。
评分当我第一次拿到《核动力系统热工水力计算方法》，看到“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”的字样，我脑海中瞬间浮现出无数个为了啃下硬骨头而磨砺出的瞬间，我知道，这是一本值得我投入大量时间和精力的著作。我当时的心情，可以用一种“迫不及待地想深入骨髓”来形容，仿佛一个炼金术士，急切地想找到秘方。我最想探寻的是，书中是否涵盖了关于“数值计算方法”的深入介绍，特别是针对那些在核动力系统热工水力计算中常用的数值离散技术、求解算法，以及网格划分策略。我希望能够理解不同数值方法的优缺点，以及它们在处理复杂边界条件和奇异点时的表现。我期待书中能够提供一些关于算法选择和优化的指导，帮助我们编写高效、准确的计算程序。同时，对于任何工程计算，其验证和确认（V&V）环节都至关重要。我非常关注书中是否会介绍如何进行计算结果的验证，例如与实验数据、解析解或者其他权威计算软件的对比。我希望能够学习到建立一套严谨的V&V流程，确保我们计算结果的可靠性。这本书能否帮助我从一个“使用者”转变为一个“创造者”，能够自己动手去设计和实现热工水力计算模型，而不是仅仅停留在套用公式的层面？我期望这本书能够成为我技术视野的“升级包”，为我开启更广阔的学术和职业道路。
评分《核动力系统热工水力计算方法》封面上那“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”的标识，仿佛预示着这是一段严谨而充实的知识探索之旅。我当时的心情，就像一个初次踏入神秘科学领域的研究者，既充满好奇，也带着一丝敬畏。我迫切地想知道，书中是如何阐述“相变传热”在核动力系统中的复杂性的。例如，在蒸汽发生器内，水的汽化过程涉及到复杂的传热和流动机制，直接影响着发电效率。我希望书中能够详细介绍不同沸腾模式（如膜沸腾、泡沸腾等）的机理，以及它们对传热系数的影响。同时，我也非常关心书中关于“冷却剂腐蚀”问题的热工水力学角度的分析。在高温高压的冷却剂环境中，金属材料的腐蚀问题不容忽视，它会影响设备的完整性，甚至可能引发泄漏。我希望书中能够介绍如何通过热工水力计算来评估腐蚀速率，以及如何通过优化冷却剂成分、温度或流速来减缓腐蚀。我期望这本书不仅仅停留在理论计算，更能将热工水力学与材料科学、化学等学科相结合，提供更全面的解决方案。我希望这本书能够帮助我建立起一种“系统性”的思维，理解每一个局部现象都可能对整体产生深远的影响，从而更全面地把握核动力系统的运行规律。
评分翻阅《核动力系统热工水力计算方法》的扉页，那个“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”的标签，让我脑海中瞬间闪过大学时代无数次为了啃下晦涩教材而头疼的画面。我当时的感觉，就像是一个饥渴的旅人，终于在荒漠中看到了绿洲的迹象，心中是满满的希望，但也带着一丝对“解渴”程度的担忧。我立刻将目光聚焦在那些章节的标题上，试图从中寻找我一直以来最感到困惑的知识点。特别是关于反应堆冷却剂动力学模拟的部分，我希望这本书能够提供一种全新的视角，一种能够将那些复杂的偏微分方程组转化为可理解的物理过程的方法。我迫切地想知道，作者是如何处理那些多相流、非稳态传热以及燃料-包壳-冷却剂相互作用等复杂问题的。是采用了传统的数值计算方法，还是引入了更加先进的建模技术？我期待书中能够详细介绍各种计算模型的原理、适用范围以及优缺点，并提供一些具体的算例来验证这些模型的有效性。此外，作为一个未来的核工程师，我深知安全的重要性。因此，我特别关注书中关于安全分析和事故模拟的部分。它是否能够提供一套完整的、可操作的分析流程，帮助我们理解在不同事故场景下，核反应堆的热工水力行为会发生怎样的变化？是否能够介绍一些先进的安全分析工具和方法，例如基于概率安全评价（PSA）的热工水力分析？我希望这本书能够不仅仅停留在理论层面，更能为我们提供解决实际安全问题的思路和工具。同时，我也希望书中能够穿插一些核电发展历史上的典型事故案例，并结合这些案例来讲解相关的热工水力计算方法，这样可以让我们更深刻地理解这些理论的重要性，以及它们在保障核能安全运行中的关键作用。
评分抚摸着《核动力系统热工水力计算方法》封面，那醒目的“全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材”字样，瞬间唤醒了我对严谨学术的敬意，也激起了我内心深处对知识海洋的探索欲。我当时的感觉，就像一个即将登上海上巨轮的旅客，满怀对未知海域的憧憬，但也时刻警惕着可能遇到的风浪。我迫切地想知道，这本书是如何处理那些在实际核电站运行中至关重要的“特情”的，比如，在严重的事故工况下，例如丧失冷却剂事故（LOCA）或者全损动力事故（SBO），堆芯会发生怎样的热工水力变化？我希望书中能够提供详细的事故场景分析，介绍相应的计算模型和仿真方法，以帮助我们理解在极端条件下，燃料棒的温度变化、冷却剂的流动状态以及结构的完整性。特别是关于高温高压下的燃料棒损坏机理，以及熔毁事故的进程预测，我希望能够得到深入的讲解。这本书是否能够提供一些关于先进核反应堆（如快堆、高温气冷堆等）的热工水力计算方法？这些新型反应堆在设计理念和运行特性上与传统压水堆、沸水堆有很大的区别，其热工水力挑战也更为复杂。我期待书中能够对这些新型反应堆的热工水力设计原则、关键技术以及计算方法进行介绍，为我们了解未来核能的发展方向提供知识储备。此外，对于任何工程计算，其准确性和可靠性都至关重要。因此，我特别关注书中关于模型验证和不确定性分析的内容。它是否能够介绍如何通过实验数据来验证计算模型的准确性，以及如何评估计算结果中的不确定性？我希望这本书能够帮助我们建立起严谨的科学态度，认识到计算结果的局限性，并学会如何以负责任的态度对待工程计算。
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