Was ist die Nusseltzahl für Flüssigmetallreaktoren – Definition

Nusselt-Nummer für Flüssigmetallreaktoren

Ein Flüssigmetall-gekühlter Reaktor ist ein fortschrittlicher Kernreaktortyp, bei dem das primäre Kühlmittel ein Flüssigmetall ist.  Flüssige Metalle können als Kühlmittel verwendet werden, da sie hervorragende Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen und in Niederdrucksystemen eingesetzt werden können, wie dies bei natriumgekühlten Schnellreaktoren der Fall ist . Das strukturelle Alleinstellungsmerkmal von Metallen ist das Vorhandensein von Ladungsträgern, insbesondere freien Elektronen, die für eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit sorgen . Diese sehr hohe Wärmeleitfähigkeit zusammen mit der geringen Viskosität führt zu den typischen Wärmeübergangskorrelationen (zB Dittus-Boelter) kann nicht verwendet werden.

Für flüssige Metalle ist die Prandtl-Zahlsehr gering und liegt im allgemeinen im Bereich von 0,01 bis 0,001. Dies bedeutet, dass die Wärmeleitfähigkeit , die mit der Wärmeübertragungsrate durch Wärmeleitung zusammenhängt , eindeutig dominiert . Diese sehr hohe Wärmeleitfähigkeit resultiert aus einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit von Metallen, die etwa 100-mal höher ist als die von Wasser. Die Prandtl-Zahl für Natrium bei einer typischen Betriebstemperatur in den Natrium-gekühlten schnellen Reaktoren beträgt ungefähr 0,004. In diesem Fall ist die Entwicklung der thermischen Grenzschicht viel schneller als die der Geschwindigkeitsgrenzschicht (δ _t >> δ), und es ist vernünftig, über die thermische Grenzschicht hinweg eine gleichmäßige Geschwindigkeit anzunehmen.Die Wärmeübergangskoeffizienten für den Natriumfluss durch den Brennstoffkanal basieren auf der Prandtl-Zahl und der Péclet-Zahl . Pitch-to-Diameter (P / D) berücksichtigt auch viele Berechnungen der Wärmeübertragung in Flüssigmetallreaktoren. Konvektive Wärmeübertragungskorrelationen werden üblicherweise als Nusselt-Zahl gegen Péclet-Zahl angegeben . Typische Péclet-Zahlen für den Normalbetrieb liegen zwischen 150 und 300 in den Brennelementen. Für ein anderes Strömungsregime können die Nusselt-Zahl und eine gegebene Korrelation verwendet werden, um den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten zu bestimmen.