MAX相材料的耐铅铋腐蚀性能研究进展

铅冷快堆(LFR)以具有良好的热物理特性和化学稳定性的液态铅或铅铋合金(LBE)作为冷却剂,但是高温下LBE与结构材料长期接触带来的腐蚀问题会导致材料失效并带来安全隐患。MAX相材料因其优异的力学性能、高温耐腐蚀性能和抗辐照性能,成为铅冷快堆的重要结构材料之一。Ti-Si-C、Ti-Al-C和Zr-Al-C是目前被用于进行LBE腐蚀研究的三种常见MAX相材料体系。近年来,有越来越多的研究者们在不同腐蚀条件下的LBE中开展了腐蚀实验,但是对于MAX相材料的LBE腐蚀机理的分析仍不够系统和深入,也少有提高耐腐蚀性能的改性方法被提出。本文在简要介绍MAX相材料的结构、化学组成和制备方法之后,归纳综述了MAX相材料在高温液态LBE中的腐蚀行为及腐蚀机理的研究进展,提到了温度、氧浓度、时间和流速等不同因素对腐蚀层结构的影响。最后,探讨将用于提升MAX相材料在其他高温介质中耐腐蚀性能的改性方法,引入到针对耐LBE腐蚀性能研究的可能性。

铅铋冷却绕丝燃料组件横流特性分析

准确预测绕丝棒束通道内的横向流动特性是开展铅铋冷却快堆热工水力安全分析的基础。本文采用数值模拟的方法分析了液态铅铋工质下单绕丝和多绕丝燃料组件内的横流特性。分析结果表明,单绕丝组件的中心子通道横流流速最大不超过主流流速的19%,且横流方向和二次流中心随着高度周期性变化;单绕丝组件中,当绕丝与子通道交界面重合或垂直时,中心子通道界面横向流量和横流交混指数趋于零或达到峰值;在单绕丝组件结构一定的情况下,横流交混指数在湍流区对Re不敏感,而与组件结构参数存在较大相关性;多绕丝组件中心子通道界面上的横流存在两个相反的流向。

基于网格变形法铅铋快堆组件堵流事故模拟

铅铋快堆中,燃料包壳或堆内结构材料会受铅铋合金腐蚀而脱落,堵塞冷却剂通道,引起局部传热恶化,最终导致包壳失效,因此需要分析堵流条件下组件内流动换热特性。绕丝组件结构复杂,非结构化网格划分方法网格量大,对计算资源要求较高。为减少网格量,采用基于径向基函数(RBF)的网格变形法对光棒组件网格进行变形,得到带绕丝组件全六面体网格并开展数值计算。与实验数据相比,全六面体网格计算结果与实验值符合良好,其网格量远少于非结构化网格,能够实现带绕丝组件堵流事故快速计算。开展典型61棒带绕丝组件堵流计算,结果显示柱状堵流流场恢复更快而局部温升更高;板状堵流流场需要更长距离恢复但局部温升小。

铅铋气溶胶动力学实验平台研制与初步参数测量

铅铋快堆的一回路冷却剂液态铅铋合金(LBE)受中子辐照会产生放射性核素^(210)Po,^(210)Po具有一定挥发性,有必要深入研究^(210)Po的迁移扩散行为。气溶胶是易挥发放射性核素释放的主要载体,本文基于国内外关于反应堆气溶胶实验平台的设计运行经验研制了LBE气溶胶动力学实验平台,通过结合扫描电迁移率法和光学散射法,实现了对LBE气溶胶粒子计数与粒径分布的广谱测量。测量结果表明,LBE气溶胶的粒径分布主要为纳米级。通过对测量结果的数据处理,初步开展了LBE气溶胶动力学分析,从而为铅铋快堆放射性气溶胶的后续安全分析提供关键参数。

铅铋快堆SGTR事故下高压过冷水注入高温铅铋合金流动传热数值模拟研究

铅铋快堆内蒸汽发生器传热管两侧为高压过冷水和高温铅铋冷却剂,传热管两侧较大的压差和温差以及液态铅铋合金(LBE)的腐蚀效应可能造成蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故。深入研究事故后高压过冷水冲击高温液态LBE的射流沸腾和相变产物蒸汽扩散的特征,具有十分重要的学术意义和工程应用价值。为揭示事故工况下液态LBE与水相互作用的传热传质机理,基于流体体积(VOF)方法,结合LES湍流模型和Lee相变模型,建立了水/蒸汽-液态铅铋多相流动与传热的三维数值计算模型,系统研究了高压过冷水注入高温LBE内发生的相变传热过程。结合注入压力及过冷水温度等因素,分析了射流沸腾过程中不同工况对射流形态、迁移深度以及沸腾行为的影响,研究结果可为SGTR事故工况下堆芯安全性预测提供指导。

矩形回路铅铋自然循环稳定性研究

为了对矩形回路铅铋自然循环流动稳定性进行分析,得到影响自然循环流动的因素及其作用规律,采用时域法,开发一维系统程序FRTAC对铅铋自然循环进行数值计算,分析处理动态时序判定其稳定特性,获得了铅铋自然循环在相关工况条件下的稳定域与稳定性边界、铅铋自然循环回路的流动稳定性特性,以及影响因素与规律。研究表明,增大回路加热段长度会使系统的稳定性增强,而增大流道直径以及冷热段心位差均会使系统稳定性裕量降低,稳定性减弱。

铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器热工水力特性数值研究

本研究以铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器(HOTSG)设计结构为研究对象,采用精细网格与多孔介质相结合的物理建模方法,通过一次侧三维湍流计算与二次侧用户自定义函数(UDF)分区传热计算相耦合的手段,在FLUENT求解器中开展了蒸汽发生器的热工水力特性数值分析研究。研究表明:铅铋入口附近的流量分配孔和腔室对应的直管段区域出现铅铋流速峰值,径向最大速度为0.431 m/s;入口腔室至管束区位置受到阻力突变的影响,压力、横流速度、轴向速度变化较大;热工参数变化符合流动与传热机理,临界热流密度(CHF)点附近一二次侧温差最大为109.61 K,此处最大热流密度为323.55 kW/m^(2)。该研究将为铅铋快堆HOTSG结构设计、流致振动及安全评价提供重要的参考。