有一个总功率为1000MW的核反应堆,其中2/3的能量被冷却水带走,不考虑其他能量损失。冷却水来自于当地的一条河流,河水的流量为100m3/s,水温为20℃。(1)如果水温只允许上升10℃,冷却水需要多大的流量?(2)如果加热后的水返回河中,河水的水温会上升多少摄氏度?

步骤 1：计算冷却水带走的热量
核反应堆的总功率为1000MW，其中2/3的能量被冷却水带走，因此冷却水带走的热量为：
\[ Q = 1000 \times \frac{2}{3} \text{MW} = 666.7 \text{MW} \]
步骤 2：计算冷却水需要的流量
以冷却水为衡算对象，设冷却水的流量为Q，热量变化率为cp△T，其中cp为水的比热容，取4.183 kJ/kg·℃，△T为水温变化量，取10℃。根据热量衡算定律，有：
\[ Q \times 1000 \times 4.183 \times 10^3 \text{kJ/m}^3 = 666.7 \times 10^3 \text{kW} \]
解得：
\[ Q = \frac{666.7 \times 10^3}{1000 \times 4.183 \times 10^3} \text{m}^3/\text{s} = 15.94 \text{m}^3/\text{s} \]
步骤 3：计算河水的水温上升量
由题，根据热量衡算方程，得：
\[ 100 \times 1000 \times 4.183 \times \Delta T \text{kJ/m}^3 = 666.7 \times 10^3 \text{kW} \]
解得：
\[ \Delta T = \frac{666.7 \times 10^3}{100 \times 1000 \times 4.183} \text{K} = 1.56 \text{K} \]