核能是解決當(dāng)前能源問題的主要途徑之一,具有技術(shù)成熟與燃料儲(chǔ)量豐富兩大優(yōu)勢,但同時(shí)也面臨核廢料處理難題。目前普遍采用的“一次通過”處理方法雖然簡單,但卻存在巨大的能源浪費(fèi),更為嚴(yán)重的是未經(jīng)處理的核素將長期對(duì)人類社會(huì)和自然環(huán)境構(gòu)成潛在威脅,而采用分離嬗變技術(shù)的加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）可有效解決這一問題。堆芯冷卻系統(tǒng)是ADS的重要組成部分,其冷卻性能直接關(guān)系到ADS的安全性和經(jīng)濟(jì)性。該系統(tǒng)包括三個(gè)回路：鉛鉍合金回路（一回路）、氦氣回路（二回路）以及冷卻水回路（三回路）。其中鉛鉍合金為堆芯冷卻劑,氦氣回路實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換,而冷卻水主要是將余熱帶走,一、二回路之間通過主換熱器換熱,二、三回路之間通過冷卻器換熱。本文希望通過對(duì)該系統(tǒng)的換熱過程進(jìn)行優(yōu)化研究,以獲得提高冷卻系統(tǒng)性能的方法。傳統(tǒng)熱力學(xué)分析將熱源視為恒溫（熱容無窮大）,沒有考慮工質(zhì)有限熱容流率對(duì)系統(tǒng)性能的影響,使得優(yōu)化結(jié)果存在一定局限性。為了考察工質(zhì)有限熱容流率對(duì)系統(tǒng)性能的影響,論文首先以傳熱系數(shù)和換熱面積為無窮大的理想換熱器（換熱能力無窮大）為對(duì)象進(jìn)行了研究,以排除換熱器的換熱能力對(duì)系統(tǒng)性能的影響。研究過程中將三個(gè)回路在溫熵圖上綜合考... 

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
圖目錄
表目錄
符號(hào)表
1 緒論
    1.1 選題背景及意義
        1.1.1 核廢料的處理
        1.1.2 分離嬗變技術(shù)與ADS方案的提出
        1.1.3 ADS基本原理與結(jié)構(gòu)
        1.1.4 課題研究的意義
    1.2 ADS及其堆芯冷卻系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 ADS國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.2 ADS堆芯冷卻系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 熱力循環(huán)系統(tǒng)及其部件的優(yōu)化與傳熱強(qiáng)化研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究對(duì)象
    1.4 ADS熱力循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化面臨的問題
    1.5 主要研究內(nèi)容與預(yù)期目標(biāo)
2 熱力循環(huán)系統(tǒng)整體研究
    2.1 熱流型熱源與溫度型熱源模型的提出
    2.2 熱力循環(huán)的溫熵圖分析法
        2.2.1 工質(zhì)吸放熱過程在溫熵圖上的表示與平均溫度
        2.2.2 換熱過程在溫熵圖上的表示
    2.3 高壓比無回?zé)嵝秃庋h(huán)方案的提出
        2.3.1 提高氦氣循環(huán)效率的兩種措施的對(duì)比
        2.3.2 高壓比無回?zé)嵝秃庋h(huán)方案的可行性分析
    2.4 理想換熱器時(shí)三個(gè)回路的整體研究
        2.4.1 系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)的確定
        2.4.2 理想換熱器假設(shè)
        2.4.3 理想順流工況下系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)的求解
        2.4.4 理想逆流工況下系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)求解
        2.4.5 自由參數(shù)對(duì)目標(biāo)參數(shù)影響分析
    2.5 實(shí)際換熱器時(shí)系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)求解
        2.5.1 實(shí)際順流工況下系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)求解
        2.5.2 實(shí)際逆流工況下系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)求解
        2.5.3 實(shí)際換熱器時(shí)目標(biāo)參數(shù)的統(tǒng)一表達(dá)
    2.6 熱力循環(huán)系統(tǒng)不可逆性分析
        2.6.1 換熱器內(nèi)冷熱流體換熱時(shí)的凈熵增求解
        2.6.2 反應(yīng)堆內(nèi)鉛鉍合金與熱流型熱源穩(wěn)態(tài)換熱時(shí)的熵增求解
        2.6.3 粘性耗散引起的熵增求解
        2.6.4 系統(tǒng)總傳熱不可逆熵增求解
        2.6.5 關(guān)于總傳熱不可逆熵增與系統(tǒng)性能一致性的討論
    2.7 小結(jié)
3 基于溫度場匹配方法求解換熱器傳熱系數(shù)
    3.1 指數(shù)型邊界條件下平行平板間流道內(nèi)Nu通用表達(dá)式推導(dǎo)
    3.2 相鄰流道間溫度場匹配原理提出
    3.3 針對(duì)具體流動(dòng)情況按照溫度場匹配原理求解總Nusselt數(shù)
        3.3.1 柱塞流時(shí)總Nu求解
        3.3.2 層流時(shí)總Nu求解
    3.4 小結(jié)
4 基于凈輸出功的換熱優(yōu)化
    4.1 優(yōu)化問題的存在性分析及其目標(biāo)參數(shù)——凈輸出功的確定
    4.2 優(yōu)化問題的限制條件及其劃分
    4.3 換熱器模型的選定與工質(zhì)物性參數(shù)的確定
    4.4 逆流工況熱容流率相等時(shí)問題的簡化
    4.5 范寧摩擦系數(shù)f及Nu的確定
        4.5.1 范寧摩擦系數(shù)f的確定
        4.5.2 Nu的確定
        4.5.3 f與Nu在全部Re范圍內(nèi)擬合
    4.6 換熱器流道高度給定時(shí)的最優(yōu)熱容流率與最優(yōu)凈輸出功求解
        4.6.1 層流假設(shè)下最優(yōu)工況點(diǎn)求解
        4.6.2 三回路均達(dá)到充分發(fā)展湍流時(shí)最優(yōu)工況點(diǎn)求解
        4.6.3 湍流與層流均存在時(shí)最優(yōu)工況點(diǎn)求解
    4.7 換熱器流道高度的優(yōu)化問題研究
        4.7.1 各回路流道高度獨(dú)立變化時(shí)的優(yōu)化問題研究
        4.7.2 換熱器流道高度互補(bǔ)時(shí)的優(yōu)化問題研究
    4.8 熱載荷對(duì)最優(yōu)凈效率的影響分析
    4.9 其它因素對(duì)最優(yōu)凈輸出功的影響分析
    4.10 討論
    4.11 小結(jié)
5 基于熱短路效應(yīng)的換熱部件改進(jìn)與優(yōu)化
    5.1 常規(guī)換熱器功耗與熱阻不同優(yōu)現(xiàn)象
    5.2 熱管型換熱器解決方案的提出
    5.3 熱管的“熱短路”效應(yīng)
        5.3.1 一維相變流動(dòng)模型及其邊界層解
        5.3.2 熱短路效應(yīng)形成機(jī)理及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.4 熱短路效應(yīng)在換熱器上的應(yīng)用
        5.4.1 應(yīng)用熱短路效應(yīng)分析熱管作用下的換熱問題
        5.4.2 熱管型換熱器功耗與熱阻的同優(yōu)性
    5.5 小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 不足與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士期間發(fā)表的論文
攻讀博士期間申請(qǐng)和已授權(quán)的專利
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]空氣—水介質(zhì)板式換熱器流動(dòng)與傳熱特性研究[D]. 吳華新.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[3]鈉冷快堆嬗變研究[D]. 胡赟.清華大學(xué) 2009
[4]火積及其在傳熱優(yōu)化中的應(yīng)用[D]. 程新廣.清華大學(xué) 2004
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碩士論文
[1]加速驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）原理驗(yàn)證裝置的熱工水力分析[D]. 劉展.上海交通大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3658558