ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет» а.Г. Коротких, и.В. Шаманин основы гидродинамики и теплообмена в ядерных реакторах

Учебное пособие

Томский государственный университет

2007

УДК 621.1: 621.039.5

К 68

Коротких А.Г., Шаманин И.В.

К 68 Основы гидродинамики и теплообмена в ядерных реакторах:

Учебное пособие. – Томск: Томский государственный универ- ситет, 2007. – 117 с.

Изложены основные положения гидродинамики и теории теплооб- мена. Рассматриваются теплопроводность, конвективный теплообмен в однофазной среде и при кипении, а также тепловой и гидродинамический расчеты ядерных реакторов. Приводятся современные методики тепло- гидравлического расчета канала (кассеты) реактора.

Для магистрантов, обучающихся по программе «Физико- технические проблемы атомной энергетики» и студентов высших учеб- ных заведений, обучающихся по направлениям «Техническая физика» и

«Ядерные физика и технологии».

УДК 621.1: 621.039.5

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Рецензенты

Доктор физико-математических наук, профессор НИИ прикладной математики и механики Томского государственного университета В.А. Архипов

Доктор технических наук, профессор Северской государственной технологической академии Б.М. Кербель

2

© А.Г. Коротких, И.В. Шаманин, 2007

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6

Глава 1. Основные дифференциальные уравнения 7

ТЕПЛОМАССООБМЕНА

1.1. Вязкость 7

1.2. Расход жидкости 9

1.3. Уравнение неразрывности потока 10

1.4. Статическое давление 12

1.5. Уравнение теплопроводности 12

1.6. Условия однозначности для процессов теплопроводности 17

1.7. Уравнение движения 20

1 . 7 . 1 . У р а в н е н и е Б е р н у л л и 2 2

1 . 7 . 2 . У р а в н е н и е Н а в ь е – С т о к с а 24

Глава 2. Теплопроводность в ядерном реакторе 26

2.1. Температурное поле 26

2.2. Температурный градиент 27

2.3. Тепловой поток. Закон Фурье 29

2.4. Коэффициент теплопроводности 30

2 . 4 . 1 . Т е п л о п р о в о д н о с т ь г а з о в 31

2 . 4 . 2 . Т е п л о п р о в о д н о с т ь ж и д к о с т е й 32

2 . 4 . 3 . Т е п л о п р о в о д н о с т ь т в е р д ы х т е л 33

^{2.5. Теплопроводность при стационарном режиме (q}_v ^{= 0) 34}

2 . 5 . 1 . П е р е д а ч а т е п л а ч е р е з п л о с к ую с т е н к у 34

2 . 5 . 2 . П е р е д а ч а т е п л а ч е р е з ц и л и н д р и ч е с к ую с т е н к у 41

2 . 5 . 3 . П е р е д а ч а т е п л а ч е р е з ш а р о в ую с т е н к у 48

2.6. Теплопроводность при наличии внутренних источников тепла 49

2 . 6 . 1 . Т е п л о п р о в о д н о с т ь о д н о р о д н о й п л а с т и н ы 50

2 . 6 . 2 . Т е п л о п р о в о д н о с т ь о д н о р о д н о г о 53

ц и л и н д р и ч е с к о г о с т е р ж н я

2 . 6 . 3 . Т е п л о п р о в о д н о с т ь ц и л и н д р и ч е с к о й с т е н к и 55