主权项 |
1.一种设计极高温反应器VHTR用的同轴双管式热气管道HGD的方法,其中所述热气管道(10)包括极高温氦气(22)在其中流动的衬管(1)、顺序包围所述衬管(1)的第一绝缘体(2)和内管(3)、HGD压力管(5)和包围所述HGD压力管(5)并且外表面暴露于空气(7)中的第二绝缘体(6),所述HGD压力管(5)与所述内管(3)分隔开而形成作为低温氦气(32)在其中沿与所述极高温氦气(22)流动的相反方向流动的空间的环形部(4),并且所述衬管(1)、第一绝缘体(2)和所述内管(3)与所述HGD压力管(5)和第二绝缘体(6)具有相同的轴线,所述方法包括:第一步骤,基于所述VHTR的输出、氦气的平均流速和下式(1)和式(2)确定所述衬管(1)的内径D<sub>1</sub>;<maths num="0001"><![CDATA[<math><mrow><msup><mi>Q</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mover><mi>m</mi><mo>.</mo></mover><msub><mi>C</mi><mi>p</mi></msub><mi>Δ</mi><msup><mi>T</mi><mo>*</mo></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths><maths num="0002"><![CDATA[<math><mrow><mover><mi>m</mi><mo>.</mo></mover><mo>=</mo><mi>ρAV</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>其中Q<sup>*</sup>:热输出;<img file="FSB00000966647400013.GIF" wi="58" he="71" />质量流量;C<sub>p</sub>:比热;ΔT<sup>*</sup>:氦气在所述VHTR的流入端口和流出端口的温差;ρ:氦气的密度;A:流动截面积=πD<sub>1</sub><sup>2</sup>/4;和V:氦气的平均流速,第二步骤,从极限应力σ和下式(3)确定所述衬管(1)的厚度t<sub>1</sub>,式(3)与随所述衬管(1)的内径D<sub>1</sub>和第二绝缘体(2)的压力P<sub>0</sub>或偶然情况下压力损失P*变化的周向应力有关,并通过用所确定的衬管(1)的厚度t<sub>1</sub>加上在第一步骤中确定的衬管(1)的内径D<sub>1</sub>确定所述衬管(1)的外径D<sub>2</sub>;<maths num="0003"><![CDATA[<math><mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></math>]]></maths>或<maths num="0004"><![CDATA[<math><mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>P</mi><mo>*</mo><msub><mi>D</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>第三步骤,基于热传递的预定量和所用绝缘体的热导率确定第一绝缘体(2)的厚度t<sub>2</sub>和所述内管(3)的内径D<sub>3</sub>;第四步骤,从极限应力σ和下式(4)确定所述内管(3)的厚度t<sub>3</sub>,式(4)与随在第三步骤中确定的内管(3)的内径D<sub>3</sub>和偶然情况下压力损失P*变化的周向应力有关,并通过用所述内管(3)的厚度t<sub>3</sub>加上在第三步骤中确定的内管(3)的内径D<sub>3</sub>确定所述内管(3)的外径D<sub>4</sub>;<maths num="0005"><![CDATA[<math><mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>P</mi><mo>*</mo></msup><msub><mi>D</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>第五步骤,设置所述环形部(4)的温降ΔT=T<sub>4</sub>-T<sub>5</sub>,并确定所述环形部(4)的液压直径D<sub>H</sub>,其满足使选自所述极高温氦气(22)和所述低温氦气(32)的平均流速、流量和液压压头之一平衡的条件,并还满足下式(5),式(5)与所述环形部(4)的液压直径D<sub>H</sub>和所述内管(3)的外径D<sub>4</sub>之间的热平衡有关;<maths num="0006"><![CDATA[<math><mrow><msubsup><mi>D</mi><mi>H</mi><mn>5</mn></msubsup><msup><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><msub><mi>D</mi><mn>4</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>D</mi><mi>H</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>4</mn></msup><msubsup><mi>D</mi><mn>4</mn><mrow><mo>-</mo><mn>5</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>m</mi></mrow><mi>πρ</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mn>4</mn></msup><mi>Δ</mi><msup><mi>T</mi><mn>5</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths><maths num="0007"><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>Q</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></math>]]></maths>C<sub>1</sub>=0.021kρ<sup>0.8</sup>μ<sup>-0.8</sup>Pr<sup>0.4</sup>其中C<sub>0</sub>和C<sub>1</sub>均为常数,k是热导率,μ是动态粘度,和Pr是普朗特数,第六步骤,确定所述HGD压力管(5)的厚度,使其具有预定的设计强度;和第七步骤,基于传递到空气(7)的热量和所用绝缘体的热导率确定第二绝缘体(6)的厚度。 |