压水堆燃料元件腐蚀产物沉积行为试验研究进展

压水堆(PWR)燃料元件表面腐蚀产物沉积(CRUD)对系统稳定可靠运行产生诸多不利影响,因此研究压水堆燃料元件腐蚀产物沉积的关键影响因素,并针对性地开发CRUD缓解技术,对压水堆的安全和高质量发展至关重要。归纳了压水堆燃料元件表面CRUD试验研究的重要结果,总结了包壳表面CRUD对系统运行的危害,回顾了CRUD的分析表征结果,介绍了不同研究机构建立的堆外动水回路试验方法,重点分析了材料性质、热工水力特性、冷却剂化学条件及腐蚀产物特性对燃料元件表面CRUD的影响规律,调研了CRUD缓解技术及相关应用,并对后续试验研究方向提出了建议。

压水堆燃料元件表面腐蚀产物沉积过程模型开发

为建立压水堆燃料元件表面腐蚀产物沉积定量预测方法,对燃料元件性能分析提供评价标准。本文以压水堆燃料元件为研究对象,针对传质和沸腾过程对腐蚀产物沉积的影响建立了模型。在对典型1000 MW压水堆一回路进行节点划分的同时,全面考虑了腐蚀产物在不同形态之间的转化。通过Matlab对模型所建立的方程组进行求解,得到腐蚀产物沉积总量、沉积分布和沉积组成。研究结果表明:预测结果与Callaway核电站中实际的观测值和美国电力研究协会(EPRI)开发模型的计算结果处在相同的数量级并且趋势一致。因此,本文建立的模型可以用于压水堆燃料元件表面腐蚀产物沉积的定量预测。

基于CFD方法对液态铅铋合金回路中腐蚀及腐蚀产物沉积的研究

液态铅铋合金(LBE)由于其良好的导热性和化学惰性等优良性质在新型核反应堆以及加速器驱动的次临界系统(ADS)中都有着广泛的应用。但在中高温情况下其对结构材料的严重腐蚀限制了其发展。研究液态铅铋合金腐蚀过程及其机理对液态铅铋合金反应堆的发展有重要意义。目前广泛使用的腐蚀分析模型将三维对流扩散方程简化为一维常微分方程进行解析求解,虽然计算效率高,但是精度较差。本文基于CFD方法,从三维的对流-传质扩散方程出发,使用OpenFOAM开源软件建立非等温液态金属闭合回路的腐蚀模型,对于回路中壁面处腐蚀和沉积的速率进行了模拟计算。结果验证活性氧控技术具有良好的效果,可以显著降低腐蚀和腐蚀产物的沉积速率。另外,对于几个重要参数进行了敏感性分析,结果表明回路的腐蚀和沉积速率同管径和管长呈现负相关关系,而与流速呈现正相关关系。

压水堆燃料棒包壳表面氧化腐蚀产物沉积生长预测模型

为建立压水堆燃料棒包壳表面氧化腐蚀产物沉积层(CRUD)厚度的预测方法,本文以典型压水堆一回路为研究对象,针对压水堆内水化学和物理条件对CRUD沉积的影响,建立了CRUD沉积生长模型。模型预测结果与Sizewell B核电厂实际运行数据相比具有相同的生长量级和趋势,可用于压水堆燃料棒包壳CRUD沉积行为的定量预测。在此基础上,本文研究了热流密度、H_(2)浓度以及Li^(+)浓度对腐蚀产物生长的影响,结果表明:燃料元件表面非沸腾段CRUD厚度受热流密度变化的影响较小,而沸腾段CRUD厚度随热流密度上升而增加;CRUD厚度随着系统H_(2)浓度的提高而增加;提高系统内Li浓度有助于抑制氧化腐蚀产物的沉积。

基于阳极氧化的氧化腐蚀产物沉积层涂层复现方法研究

为建立氧化腐蚀产物沉积层(CRUD)内硼的时空分布模型,以及为CRUD内硼迁移及流动传热实验提供支持,基于阳极氧化方法开展CRUD涂层复现研究。根据真实压水堆CRUD形貌数据,通过调整电化学体系的氟化铵浓度、含水量、氧化电压和氧化时间,实现对涂层孔径的有效控制。表征分析表明,制备的CRUD样品可以充分覆盖真实沉积层的形貌参数范围。本研究建立的涂层复现方法能够用于CRUD样品的制备。

电偶腐蚀数值模型的边界条件优化研究

提出了一种新颖的极化曲面边界条件设置方式,实现了腐蚀微环境实时变化对腐蚀动态影响的全过程数值模拟。考虑到AE44镁合金/Q235碳钢电偶对阴极为析氢反应,腐蚀环境主要涉及到的因素是溶液pH的变化,因此,研究了pH对电位-电流极化曲线的影响。通过建立模型系统研究了不同边界条件设置对模拟结果的影响,结果表明,当模型边界条件中考虑溶液pH的变化时,模拟结果最接近实验真实值,此模型模拟的精确度最大为94.10%,高于Tafel方程边界的54.87%和极化曲线边界的89.97%。