核動力目前是按蒸汽機設計的嗎？

01-16

為什麼不能設計成渦噴

干過火電和核電的人還是簡單來糾錯一下吧。

渦噴（Turbojet）是利用透平技術（turbine）的一種發動機。但所有的透平技術都會涉及「排氣」的問題：高溫高壓氣體通過各級透平做功後，最終達到較低壓力並被排出發動機。

渦噴發動機和燃氣輪機的原理相同：在燃燒室中混合燃料與空氣，爆燃後推入透平室做功，發動機直排，而燃氣輪機可能會把氣體回收後進行餘熱再利用。

如果利用核燃料在燃燒室中反應，來直接製造「高溫高壓的氣體」，那麼勢必透平會受到核燃料的污染，而排氣中也必然含有大量的放射物。所以使用渦流發動機的設計是不可能的。

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確切地說，核動力的設計是蒸汽輪機（Steam Turbine），而不是蒸汽機。

安全利用核能的方式，是按照核電站的模式，必須將「做功循環」和「熱能循環」分別開來。這在核電站中的區別是建立 核島和常規島 兩部分設備。使用核動力的船隻設計上也是這麼做的：核島部分包括：核反應堆壓力容器，蒸汽發生器（鍋爐），其他輔機。

常規島部分包括：透平，復水器（冷卻器），發電機。

1. 核反應堆開始運作，核反應發生，釋放的大量能量使 核島循環水沸騰（或通過加壓使水溫超過100度但不沸騰）。

2. 高溫核島循環水進入蒸汽發生器，把與之隔離開的 常規島循環水 加熱，隨後常規島循環水沸騰產生蒸汽。

3. 蒸汽被壓入蒸汽透平做功後，進入復水器冷卻，同時一部分蒸發掉排入大氣。

4. 進行熱交換之後的核島循環水被泵回反應堆。

反應堆釋放熱量的方式和航空燃料不一樣。在渦噴發動機中，燃料和空氣被壓縮到狹小空間點燃而產生推力。這個推力會推動渦輪而發電。

核電站發電方式和火電站原理一樣：

Q_in: 反應堆/燃燒媒所提供的熱量。

圖中水被加熱成水蒸氣，水蒸氣推動3-4之間的渦輪從而產生動力。

蒸汽渦輪：

進一步簡單介紹下核電站結構：

核電站的設計非常複雜，種類繁多，即使是一個類型的核電站都不可能一模一樣。水冷的核電站主要有2種：

1. 沸水堆(BWR). 用低壓水做冷卻劑。切爾諾貝利核電站採用的就是俄國自行開發的BWR.

沸水堆核電站的問題很明顯：經過核反應堆帶有微量放射性的水也同樣會經過發電渦輪。而且核反應堆燃料棒有一部分會接觸到水蒸氣，散熱效果不好。這類發電站比較老化，新一代核電站已經不會再採用此類設計。

2. 壓水堆(PWR). 同樣用水做冷卻劑。

壓水堆核電站屬於最先進的核電站。反應堆冷卻水因處於15.5MPa的高壓狀態而不會汽化，冷卻效果好，而且核島和發電島完全分開，放射物控制起來更容易。但是高壓水的控制一直是個問題。

剩下的還有反應堆還有：液態金屬冷卻反應堆，氣體冷卻反應堆等等。每個國家都有自己最擅長的設計。比如英國的反應堆大多是液態金屬反應堆。

引用：S. Walker. Introduction to Nuclear Energy. [Lecture]. Department of Mechanical Engineering. Imperial College London. OCT 2010

首先肯定不能設計成內燃機。因為熱質和功質不能混合。

第二，核動力是氣輪機不是活塞式發動機。雖然蒸汽機的定義也沒有排除氣輪機，但是傳統的蒸汽機都是活塞式的。

首先當前主流的壓水堆技術堆芯溫度只有300度，達不到布萊頓循環（渦噴）的可用條件。反應堆畢竟不是內燃機，你只能讓它去和堆芯換熱，而不能讓它在某個地方放鞭炮。

不過這並不影響我們大開腦洞，想想如果你有一款1000度的高溫堆，你還會用蒸汽機嗎？事實上這正是現在一些團隊的努力方向，不過目前無論是反應堆還是布萊頓熱機兩方面的技術都還不成熟罷了。

船載核動力一般使用壓水堆技術，利用反應堆堆芯（可看成鍋爐）加熱一迴路的高壓水，並在蒸汽發生器將二迴路水加熱成飽和水蒸氣，水蒸氣推動渦輪轉動，渦輪將轉速傳遞給螺旋槳。

如果把反應堆看作鍋爐，就我所知外燃機依然是轉化熱能到機械能效率最高的手段

不管是火電還是核電都要考慮工質循環利用的問題！

熱力學上：蒸汽動力循環完成了一個朗肯循環，這樣可以循環利用工質，每個循環過程只進行必要的工質補充即可！做成燃機或者渦噴沒法實現工質的循環...... 煤炭和核能自身的特點決定了它不能做成燃機或者渦噴...