具體描述
內容簡介
《全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材：核動力係統熱工水力計算方法》共分9章。第1～4章介紹核動力係統完整的建模與數值計算。第5、6章以專題的形式介紹瞭兩相流數值分析技術、熱工水力關鍵現象的數值模擬。第7章介紹新方法在反應堆熱工水力數值模擬方麵的應用。第8章為先進反應堆係統熱工水力分析。第9章係統地展現瞭作者所在單位關於運動條件下的核動力裝置熱工水力特性的研究成果。《全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材：核動力係統熱工水力計算方法》可作為高等院校反應堆工程專業研究生的專業基礎課教材，也可供相關專業的工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
第1章 冷卻劑熱工水力計算的基本模型1.1 穩態工況下的熱工水力模型
1.1.1 一維穩態單相流動的基本守恒方程
1.1.2 一維穩態兩相流動的基本守恒方程
1.2 瞬態工況下的熱工水力模型
1.2.1 一維流動時的基本熱工水力模型
1.2.2 三維流動時的基本熱工水力模型
參考文獻
第2章 相關傳熱及水力學模型
2.1 對流換熱模型
2.1.1 單相液體對流傳熱
2.1.2 欠熱沸騰區傳熱
2.1.3 飽和沸騰區傳熱
2.1.4 穩定膜態沸騰區或缺液區對流傳熱
2.1.5 單相蒸汽對流傳熱
2.1.6 界限含汽量計算
2.1.7 過渡沸騰傳熱
2.1.8 作者在科研中所選公式匯總
2.1.9 凝結換熱
2.1.10 管外壁與空氣換熱
2.2 熱傳導模型
2.2.1 燃料元件熱傳導方程
2.2.2 包殼導熱方程
2.2.3 蒸汽發生器換熱管管壁導熱方程
2.3 間隙導熱
2.4 阻力係數
2.4.1 單相摩擦阻力係數關係式
2.4.2 兩相摩擦阻力係數關係式
2.4.3 局部阻力係數關係式
參考文獻
第3章 輔助模型
3.1 空泡份額模型
3.1.1 飽和沸騰區的空泡份額
3.1.2 欠熱沸騰區的空泡份額
3.2 臨界熱流密度及DNBR的計算
3.2.1 qCHF計算關係式
3.2.2 qCHF錶
3.2.3 qCF{F及DNBR的計算結果比較及討論
3.2.4 兩相流動不穩定性對qCHF的影響
3.2.5 重水堆的qCHF與臨界功率比
3.2.6 臨界熱流密度的機理模型
3.3 堆芯中子動力學方程
3.3.1 堆芯中子動力學方程
3.3.2 反應性反饋
參考文獻
第4章 核動力係統穩態與瞬態熱工計算實例
4.1 概述
4.2 係統及設備數學物理模型
4.2.1 反應堆數學物理模型
4.2.2 蒸汽發生器數學物理模型
4.2.3 穩壓器數學物理模型
4.3 主循環泵模型
4.3.1 主循環泵及四象限特性
4.3.2 主循環泵狀態選擇
……
第5章 兩相流數值分析技術和商用程序簡介
第6章 關鍵熱工水力現象的基本模型
第7章 新方法在反應堆熱工水力數值模擬方麵的應用
第8章 先進反應堆係統及其熱工水力分析
第9章 運動條件下核動力裝置的熱工水力特性
前言/序言
隨著世界核能事業的發展，核能已成為世界能源結構的重要組成部分。我國為瞭優化能源結構，製定瞭“積極推進核電建設”的戰略，堅持“引進、消化、吸收、再創新”的核電發展方針，組織並實施瞭“大型先進壓水堆和高溫氣冷堆核電站”的重大專項。先進核能係統對安全性提齣瞭新的更高的要求。核動力係統熱工水力與安全分析計算是研究其安全性的基礎。圍繞核能係統的熱工水力與安全分析，作者及其課題組經過20多年的科研工作，取得瞭一些突破性的研究進展，已經建立起較為完善的研究方法與理論體係。本書是在歸納、整理和總結作者多年來的研究成果的基礎上完成的一部學術專著。同時，為瞭盡可能全麵地反映國際研究動態，書中也介紹瞭其他研究者的成果。
本書共分9章。作者的分工如下：蘇光輝教授執筆第1～3章、6.2節、7.1節、8.8節、9.1節和9.4節，鞦穗正教授執筆第8章和6.3節，郭玉君博士執筆第5章（不閤第5節），張金玲博士執筆第4章（不含第8節和第10節），田文喜副教授執筆4.8節、5.5節、6.1節、7.2節和7.3節，巫英偉副教授執筆4.10節，現任哈爾濱工程大學教授的譚思超博士後執筆9.2節和9.3節。全書由蘇光輝教授統稿，
本書第1～4章介紹核動力係統完整的建模與數值計算。在核反應堆的熱工水力研究領域，核能係統的瞬態模擬一直是重點和難點。這部分工作既涉及冷卻劑瞬態的熱工水力基本模型，也包含瞭傳熱與流動阻力模型，還包括瞭大量輔助模型的建立。這些模型既有來自純理論的數學推導，如冷卻劑的熱工水力基本模型，也包含瞭相當多的依賴於實驗得到的經驗關係式，如對流傳熱的經驗關係式、摩擦阻力係數的選取以及輔助模型中空泡份額的確定等。除此之外，核能係統的瞬態計算是多個設備相耦閤的計算，一個迴路係統中就包括瞭堆芯、穩壓器、蒸汽發生器和主泵以及管道等的聯閤建模，再加上餘熱排齣等其他輔助設備，整個係統的建模是一個相對復雜和龐大的工程。多種設備、復雜模型的聯閤求解對數值計算方法也提齣瞭很高的要求，如剛性方程和非剛性方程的同時求解問題。因此，要進行核能係統的瞬態分析程序的開發，既需要研究者在熱工水力領域的基礎理論方麵有深厚的功底，也需要其在數值計算方法的實現上具有相當的經驗。
第5～6章以兩個專題的形式介紹瞭兩相流數值分析技術、熱工水力關鍵現象的數值模擬。兩相流數值分析技術在反應堆的熱工設計與安全分析中日益受到重視，而且隨著計算機技術的提高，該數值分析技術正在飛速的發展。第5章重點介紹瞭目前廣泛應用的兩相流數值分析技術中采用的思想、模型以及具體的數值算法，是對兩相流數值技術一個比較完整的總結。第6章中論述瞭熱工水力領域非常重要的兩相流動不穩定性、臨界流等現象的數值分析方法，作者所在課題組對這些現象做瞭深入的研究。
近年來，反應堆的熱工水力研究領域齣現瞭一些新的研究熱點和技術前沿問題，例如人工神經網絡、小波分析、粒子法等新方法在核能領域的應用，以及新型核動力堆如超臨界水堆、熔鹽堆等的熱工設計與安全分析。從第7～9章可以發現，作者最近幾年在這些新的研究領域開展瞭大量深入的研究，並取得瞭相當豐碩的研究成果。第7章中介紹的神經網絡、遺傳算法與小波分析在核能領域的應用展現瞭其在處理數據信息時的明顯優勢；移動粒子半隱式（MPS）方法對動態過程的真實模擬為數值模擬技術提供瞭新的強有力的工具。第8章的新型核動力堆的熱工設計分析是作者所在課題組在核能最新技術領域長期研究與積纍的綜閤展現，是本書的最大亮點之一。課題組對超臨界水堆、鈉冷快堆、行波堆、熔鹽堆等的熱工物理技術研究與安全分析做瞭大量的研究工作，已經走在瞭國際的最前沿，這對中國第四代堆進一步的設計與研發提供瞭重要的參考資料。
第9章係統地展現瞭作者所在單位關於運動條件下的核動力裝置熱工水力特性的研究成果。艦船所呈現的繞軸運動或沿軸嚮運動等典型以及耦閤運動工況會給冷卻劑流動帶來一個附加力，這對運動條件下的流動換熱特性以及流動不穩定性和臨界熱流密度都會帶來較復雜的影響。
用戶評價
當我目光落在《核動力係統熱工水力計算方法》封麵上那“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”的字樣時，一種沉甸甸的責任感和對知識的渴望瞬間交織在一起。我感覺，這不僅僅是一本書，更是一份沉甸甸的信任。我最先想到的是，在核動力係統中，除瞭堆芯本身，其周邊設備的熱工水力設計同樣至關重要。比如，蒸汽發生器、主泵、以及各種換熱器，它們的效率和可靠性直接影響著整個核電站的性能和安全。我希望這本書能夠詳細介紹這些關鍵設備的熱工水力計算方法。例如，在蒸汽發生器中，如何計算傳熱麵積、蒸汽産量以及二次側的傳熱係數？在主泵的設計中，如何分析其水力性能，並確保在各種工況下都能提供穩定的冷卻劑流量？我非常期待書中能夠提供具體的計算公式、圖錶以及工程實例，幫助我們理解這些復雜設備的設計原理和性能評估方法。同時，核電站的長期運行和維護也需要依賴精確的熱工水力分析。我關注書中是否會涉及一些關於設備老化、磨損等因素對熱工水力性能影響的討論。例如，隨著時間的推移，換熱器錶麵可能會結垢，主泵葉輪可能會磨損，這些都會影響其傳熱和輸運能力。我希望這本書能夠提供一些分析這些退化效應的方法，以及如何通過熱工水力計算來評估其對係統安全和效率的影響，並為設備的維護和更換提供依據。我渴望從這本書中獲得一種“全景式”的視野，不僅僅關注核心，更能理解係統整體的運行機製。
評分當我的指尖劃過《核動力係統熱工水力計算方法》那略顯沉重的封麵，印刻在上麵的“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”幾個字，如同敲響瞭警鍾，也像是注入瞭強心劑。我當時的心情，是一種夾雜著敬畏與好奇的復雜情感，仿佛即將踏入一座古老而神秘的知識殿堂。我第一個想要探究的，就是書中對“流動沸騰”這一關鍵現象的論述。在過去的學習中，我常常被其復雜的相變過程和瞬態特性所睏擾，希望這本書能為我提供一個清晰、係統的理論框架，讓我能夠透徹理解其背後的物理機理。我期待作者能夠詳細闡述不同類型流動沸騰模式（如泡核沸騰、環狀沸騰等）的形成條件、演變過程，以及它們對熱量傳遞效率的影響。同時，我也非常關心書中對於“熱通道不穩定性”問題的處理。這種現象一旦發生，後果不堪設想，因此，如何準確地預測、分析和避免熱通道不穩定性，是每一個核動力工程師必須掌握的技能。我希望這本書能夠提供詳細的數學模型和計算方法，幫助我們理解不穩定性發生的根源，並給齣相應的抑製措施。此外，對於核動力係統的熱工水力計算，離不開對計算流體力學（CFD）技術的應用。我希望書中能夠介紹CFD在核動力係統分析中的具體應用，包括網格生成、物理模型選擇、求解器設置等關鍵環節，並提供一些經典的CFD算例，展示如何利用CFD來分析堆芯內部的流動分布、溫度場以及壓力場。我希望這本書能夠成為我打開CFD在核動力領域應用大門的鑰匙，讓我能夠掌握這一強大的工具，為更深入的研究和更精確的工程設計奠定基礎。
評分撫摸著《核動力係統熱工水力計算方法》封麵，那醒目的“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”字樣，瞬間喚醒瞭我對嚴謹學術的敬意，也激起瞭我內心深處對知識海洋的探索欲。我當時的感覺，就像一個即將登上海上巨輪的旅客，滿懷對未知海域的憧憬，但也時刻警惕著可能遇到的風浪。我迫切地想知道，這本書是如何處理那些在實際核電站運行中至關重要的“特情”的，比如，在嚴重的事故工況下，例如喪失冷卻劑事故（LOCA）或者全損動力事故（SBO），堆芯會發生怎樣的熱工水力變化？我希望書中能夠提供詳細的事故場景分析，介紹相應的計算模型和仿真方法，以幫助我們理解在極端條件下，燃料棒的溫度變化、冷卻劑的流動狀態以及結構的完整性。特彆是關於高溫高壓下的燃料棒損壞機理，以及熔毀事故的進程預測，我希望能夠得到深入的講解。這本書是否能夠提供一些關於先進核反應堆（如快堆、高溫氣冷堆等）的熱工水力計算方法？這些新型反應堆在設計理念和運行特性上與傳統壓水堆、沸水堆有很大的區彆，其熱工水力挑戰也更為復雜。我期待書中能夠對這些新型反應堆的熱工水力設計原則、關鍵技術以及計算方法進行介紹，為我們瞭解未來核能的發展方嚮提供知識儲備。此外，對於任何工程計算，其準確性和可靠性都至關重要。因此，我特彆關注書中關於模型驗證和不確定性分析的內容。它是否能夠介紹如何通過實驗數據來驗證計算模型的準確性，以及如何評估計算結果中的不確定性？我希望這本書能夠幫助我們建立起嚴謹的科學態度，認識到計算結果的局限性，並學會如何以負責任的態度對待工程計算。
評分翻閱《核動力係統熱工水力計算方法》的扉頁，那個“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”的標簽，讓我腦海中瞬間閃過大學時代無數次為瞭啃下晦澀教材而頭疼的畫麵。我當時的感覺，就像是一個飢渴的旅人，終於在荒漠中看到瞭綠洲的跡象，心中是滿滿的希望，但也帶著一絲對“解渴”程度的擔憂。我立刻將目光聚焦在那些章節的標題上，試圖從中尋找我一直以來最感到睏惑的知識點。特彆是關於反應堆冷卻劑動力學模擬的部分，我希望這本書能夠提供一種全新的視角，一種能夠將那些復雜的偏微分方程組轉化為可理解的物理過程的方法。我迫切地想知道，作者是如何處理那些多相流、非穩態傳熱以及燃料-包殼-冷卻劑相互作用等復雜問題的。是采用瞭傳統的數值計算方法，還是引入瞭更加先進的建模技術？我期待書中能夠詳細介紹各種計算模型的原理、適用範圍以及優缺點，並提供一些具體的算例來驗證這些模型的有效性。此外，作為一個未來的核工程師，我深知安全的重要性。因此，我特彆關注書中關於安全分析和事故模擬的部分。它是否能夠提供一套完整的、可操作的分析流程，幫助我們理解在不同事故場景下，核反應堆的熱工水力行為會發生怎樣的變化？是否能夠介紹一些先進的安全分析工具和方法，例如基於概率安全評價（PSA）的熱工水力分析？我希望這本書能夠不僅僅停留在理論層麵，更能為我們提供解決實際安全問題的思路和工具。同時，我也希望書中能夠穿插一些核電發展曆史上的典型事故案例，並結閤這些案例來講解相關的熱工水力計算方法，這樣可以讓我們更深刻地理解這些理論的重要性，以及它們在保障核能安全運行中的關鍵作用。
評分翻開《核動力係統熱工水力計算方法》，那個“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”的標識，讓我立刻感受到瞭一種沉甸甸的學術分量，心中既有對知識殿堂的敬畏，也充滿瞭期待。我當時的心情，如同一個渴望解開迷局的偵探，手中緊握著一把關鍵的鑰匙。我最想深入瞭解的，是書中關於“傳熱強化”技術在核動力係統中的應用。在追求更高效率和更緊湊設計的今天，如何有效地提高傳熱效率，是核動力工程師們不斷探索的課題。我期待書中能夠介紹各種傳熱強化手段，例如在冷卻劑通道內設置擾流件、使用微結構錶麵、或者采用特殊的沸騰模式等，並詳細闡述這些技術背後的物理原理以及它們在實際工程中的應用效果。我希望能夠理解如何在保證安全的前提下，通過這些技術來提高熱功率密度，從而減小設備體積、降低建造成本。另外，核動力係統往往運行在高溫高壓的苛刻環境下，對材料的性能提齣瞭極高的要求。我非常關注書中是否會涉及材料熱工水力性能的分析，例如，在高溫下，某些材料的導熱係數、熱膨脹係數等參數會發生變化，這些變化又會如何影響係統的熱工水力行為？我希望書中能夠提供相關的材料模型和計算方法，幫助我們理解材料特性對熱工水力計算的影響，以及如何在材料選擇上兼顧性能和安全性。我渴望從這本書中，不僅僅學到計算方法，更能領略到工程設計中的智慧和權衡。
評分當我第一次拿到《核動力係統熱工水力計算方法》，看到“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”的字樣，我腦海中瞬間浮現齣無數個為瞭啃下硬骨頭而磨礪齣的瞬間，我知道，這是一本值得我投入大量時間和精力的著作。我當時的心情，可以用一種“迫不及待地想深入骨髓”來形容，仿佛一個煉金術士，急切地想找到秘方。我最想探尋的是，書中是否涵蓋瞭關於“數值計算方法”的深入介紹，特彆是針對那些在核動力係統熱工水力計算中常用的數值離散技術、求解算法，以及網格劃分策略。我希望能夠理解不同數值方法的優缺點，以及它們在處理復雜邊界條件和奇異點時的錶現。我期待書中能夠提供一些關於算法選擇和優化的指導，幫助我們編寫高效、準確的計算程序。同時，對於任何工程計算，其驗證和確認（V&V）環節都至關重要。我非常關注書中是否會介紹如何進行計算結果的驗證，例如與實驗數據、解析解或者其他權威計算軟件的對比。我希望能夠學習到建立一套嚴謹的V&V流程，確保我們計算結果的可靠性。這本書能否幫助我從一個“使用者”轉變為一個“創造者”，能夠自己動手去設計和實現熱工水力計算模型，而不是僅僅停留在套用公式的層麵？我期望這本書能夠成為我技術視野的“升級包”，為我開啓更廣闊的學術和職業道路。
評分在書店的燈光下，《核動力係統熱工水力計算方法》那“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”的 title，猶如一枚勛章，讓我感受到其中蘊含的嚴謹與權威。我的心頭湧上一股強烈的求知欲，仿佛站在一座知識的寶庫門口，急切地想一探究竟。我特彆在意的是，對於那些容易産生共振、振動或者空化等動力學不穩定現象，這本書是如何進行分析和預測的。在核動力係統中，這些現象一旦發生，輕則影響設備壽命，重則可能導緻嚴重事故。我希望書中能夠提供一套係統的分析方法，包括如何建立相應的動力學模型，如何計算係統的固有頻率，以及如何評估外界擾動對係統穩定性的影響。我希望能夠學習到如何通過優化結構設計或改變運行參數來避免這些不利的動力學現象。此外，核燃料的性能也是影響熱工水力計算的重要因素。我關心書中對燃料棒設計、燃耗過程以及燃料性能演變（如燃料膨脹、裂變産物釋放等）的熱工水力影響的論述。瞭解這些因素如何影響堆芯的溫度分布、功率分布以及冷卻劑的工況，對於準確進行堆芯設計和安全分析至關重要。我希望書中能夠提供相關的模型和計算方法，讓我們能夠理解燃料從製造到廢棄的整個生命周期中，其熱工水力特性是如何變化的，以及這些變化對反應堆整體安全運行可能帶來的影響。
評分當我指尖觸碰到《核動力係統熱工水力計算方法》那沉甸甸的書脊，醒目的“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”字樣，瞬間讓我的心弦為之一振，仿佛看到瞭通往專業頂峰的階梯。我當時的心情，是一種摻雜著興奮與嚴肅的復雜情緒，如同即將接受一場嚴格的考核。我尤其關注書中對“熱點”問題的處理。在核反應堆的熱工水力分析中，常常會齣現局部過熱的“熱點”，這些熱點不僅會影響燃料的壽命，更可能成為安全隱患。我希望書中能夠提供詳細的分析方法，包括如何識彆熱點、如何計算熱點的溫度、以及如何通過優化燃料組件設計或調整運行參數來消除或抑製熱點。我希望能夠學習到如何運用多物理場耦閤的計算方法，來更全麵地評估熱點對堆芯整體安全的影響。此外，對於不同類型的核反應堆，其熱工水力特性和設計理念也存在顯著差異。我期待書中能夠對不同堆型（如壓水堆、快堆、熔鹽堆等）的熱工水力特點進行比較和分析，介紹它們各自在設計、運行和安全方麵的獨特挑戰，以及相應的計算方法。瞭解這些差異，對於拓寬我們的視野，理解核能技術的多樣性，以及為未來的技術發展奠定基礎至關重要。我希望這本書能夠成為一本“百科全書”式的參考，為我提供瞭解不同核反應堆類型的窗口。
評分《核動力係統熱工水力計算方法》封麵上那“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”的標識，仿佛預示著這是一段嚴謹而充實的知識探索之旅。我當時的心情，就像一個初次踏入神秘科學領域的研究者，既充滿好奇，也帶著一絲敬畏。我迫切地想知道，書中是如何闡述“相變傳熱”在核動力係統中的復雜性的。例如，在蒸汽發生器內，水的汽化過程涉及到復雜的傳熱和流動機製，直接影響著發電效率。我希望書中能夠詳細介紹不同沸騰模式（如膜沸騰、泡沸騰等）的機理，以及它們對傳熱係數的影響。同時，我也非常關心書中關於“冷卻劑腐蝕”問題的熱工水力學角度的分析。在高溫高壓的冷卻劑環境中，金屬材料的腐蝕問題不容忽視，它會影響設備的完整性，甚至可能引發泄漏。我希望書中能夠介紹如何通過熱工水力計算來評估腐蝕速率，以及如何通過優化冷卻劑成分、溫度或流速來減緩腐蝕。我期望這本書不僅僅停留在理論計算，更能將熱工水力學與材料科學、化學等學科相結閤，提供更全麵的解決方案。我希望這本書能夠幫助我建立起一種“係統性”的思維，理解每一個局部現象都可能對整體産生深遠的影響，從而更全麵地把握核動力係統的運行規律。
評分當我在書店翻開這本《核動力係統熱工水力計算方法》，首先吸引我的並非那厚重如磚塊的篇幅，而是它背後所承載的“全國工程碩士專業學位教育指導委員會推薦教材”的權威背書。這四個字，在無數個挑燈夜戰的夜晚，在無數次對理論與實踐的迷茫與求索中，都曾是激勵我前行的燈塔。我當時的心情，可以用一種復雜而又充滿期待的情感來形容：既有對知識渴望的躍躍欲試，也夾雜著一絲麵對未知挑戰的忐忑。我迫切地想知道，這本書究竟能否成為我攻剋核動力係統熱工水力學難題的利器？它是否能夠像一位經驗豐富的導師，為我撥開那些晦澀難懂的公式和模型背後的迷霧？我特彆關注的是，書中對於一些核心概念，比如燃料棒的熱傳導、堆芯的流體力學特性、以及冷卻劑的傳熱機製，是如何進行闡述的。是生硬地堆砌數學公式，還是循序漸進地引導讀者理解其物理本質？我期望它能夠提供清晰的推導過程，並且在必要時輔以直觀的圖示和案例，幫助我們這些初學者建立起對復雜現象的感性認識。同時，作為一本工程碩士的推薦教材，我更看重它在實際工程應用層麵的價值。它是否能夠提供一些實用的計算工具、方法論，甚至是軟件使用的指導？能否幫助我們理解如何在實際的核電站設計與運行中，運用這些理論知識來解決實際問題？例如，在堆芯設計過程中，如何通過熱工水力計算來優化燃料組件的布置，確保其安全裕度？在事故工況下，如何準確預測冷卻劑的溫度和壓力變化，從而製定有效的應急預案？這些都是我非常關心的實際應用細節，也是我選擇閱讀這本書的重要動力。我期待它能是一本既有深度又不失廣度的著作，能夠為我們未來的科研和工程實踐打下堅實的基礎。
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