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P91钢在高流速液态铅铋介质中的冲蚀行为
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作者 李季声 王彦斐 王显宗 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1812-1825,共14页
基于第四代核能系统的发展和需求,铅冷快中子反应堆(Lead-cooled fast reactor,LFR)是下一步优先发展的6种主要堆型之一.铅冷快堆以液态纯铅(Lead)或铅铋共晶合金(Lead-bismuth eutectic,LBE)作为冷却剂,然而在高温、高流速条件下,LBE... 基于第四代核能系统的发展和需求,铅冷快中子反应堆(Lead-cooled fast reactor,LFR)是下一步优先发展的6种主要堆型之一.铅冷快堆以液态纯铅(Lead)或铅铋共晶合金(Lead-bismuth eutectic,LBE)作为冷却剂,然而在高温、高流速条件下,LBE与结构材料的冲刷腐蚀磨损严重限制了其工程应用.本文以P91钢为研究对象,在相对流速为5 m·s^(−1),温度分别为350℃和450℃,不进行控氧处理的LBE中进行了3000 h的动态测试.研究发现,350℃时P91钢表面生成的氧化层为多层结构:从外到内分别为疏松的Fe_(3)O_(4)层、Fe–Cr尖晶石层、内氧化区(Internal oxidation zone,IOZ),合金表面氧化层经历了“生成—剥落—再生成”的动态平衡过程.当介质温度为450℃时,试样表面氧化腐蚀现象更加严重,但是不同冲击迎角区域的试样表面腐蚀特征有较大差异.试样表面损伤的严重程度排序为:30°>90°>−90°.30°迎角区域氧化层完全剥落,且LBE渗透入基体;90°迎角区域部分氧化层剥落,内部基体未受到LBE侵蚀;−90°迎角区域氧化层结构保持完整.本文分析了P91钢在高流速(5 m·s^(−1))LBE中的冲蚀行为,阐明了合金氧化层的生成和剥落机制,可以为我国第四代核反应堆LFR结构或包壳材料研发及其在LBE中腐蚀机制研究提供一定实验数据与参考. 展开更多
关键词 铅冷快中子反应堆 铅铋共晶合金 P91钢 氧化 冲蚀 迎角
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Americium Transmutation in the SVBR-100 Reactor
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作者 A. V. Gulevich V. A. Eliseev +2 位作者 O. G. Komlev I. V. Tormyshev G. I. Toshinsky 《World Journal of Nuclear Science and Technology》 2020年第3期116-128,共13页
One of the postponed problems of nuclear power (NP) is the problem of the management of long-lived radioactive waste (RAW), and, first of all, with minor actinides (MA), of which americium-241 is the most difficult. T... One of the postponed problems of nuclear power (NP) is the problem of the management of long-lived radioactive waste (RAW), and, first of all, with minor actinides (MA), of which americium-241 is the most difficult. The aim of this work is to study the efficiency of americium transmutation in a fast reactor with a heavy liquid metal coolant lead-bismuth eutectic alloy. The article presents the results of calculations of the transmutation of americium in the SVBR-100 reactor using standard uranium oxide fuel with the addition of americium-241. The obtained values of the rate of transmutation of americium are compared with similar values for the SVBR-100 reactors on MOX-fuel and in the BN-800 reactor. 展开更多
关键词 SVBR-100 fast reactor Nuclear Power lead-bismuth eutectic Minor Actinides AMERICIUM Nuclear Fuel Cycle Neutron Spectrum CORE
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燃料元件包壳材料CN-1515不锈钢在可控氧铅铋环境下的腐蚀行为 被引量:5
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作者 阮章顺 秦博 +4 位作者 付晓刚 张金权 马浩然 黄心怡 龙斌 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期901-908,共8页
国产CN-1515不锈钢因其良好的抗辐照肿胀能力和高温力学性能成为铅铋快堆燃料包壳的主要候选材料。在铅铋冷快堆中,由于液态铅铋合金对金属材料具有强烈的腐蚀性,会影响到反应堆的安全稳定运行,因此,铅铋冷快堆中结构材料应用还需充分... 国产CN-1515不锈钢因其良好的抗辐照肿胀能力和高温力学性能成为铅铋快堆燃料包壳的主要候选材料。在铅铋冷快堆中,由于液态铅铋合金对金属材料具有强烈的腐蚀性,会影响到反应堆的安全稳定运行,因此,铅铋冷快堆中结构材料应用还需充分考虑耐液态铅铋腐蚀性能。本文以国产CN-1515奥氏体不锈钢为研究对象,在自行研发的控氧静态铅铋腐蚀实验装置上,开展了高温铅铋腐蚀实验。实验温度分别为450、500、550、600℃,实验时间分别为1000、3000、6000 h,液态铅铋合金中氧含量控制在10^(-6)%~10^(-7)%之间。实验结果表明,低温(T≤450℃)下,CN-1515不锈钢表面会生成一层保护性氧化膜,但随着腐蚀时间的增加,氧化膜会逐渐疏松而失去其保护作用;然而温度大于500℃时,不锈钢发生严重的Ni元素溶解腐蚀,腐蚀深度随温度的升高和时间的延长而增加。 展开更多
关键词 铅铋冷快堆 铅铋合金 奥氏体不锈钢 腐蚀
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奥氏体321不锈钢在550℃静态铅铋共晶合金中的腐蚀行为 被引量:4
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作者 鞠娜 雷玉成 +3 位作者 陈钢 朱强 李天庆 王丹 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期427-433,共7页
奥氏体321不锈钢常用作核反应堆冷却剂主管道结构材料,铅铋共晶合金是第四代核能系统(GenⅣ)铅冷快堆冷却剂的主要候选材料。为研究321不锈钢与高温液态铅铋共晶合金的相容性,对321不锈钢在550℃液态铅铋共晶合金中的200、400、600 h腐... 奥氏体321不锈钢常用作核反应堆冷却剂主管道结构材料,铅铋共晶合金是第四代核能系统(GenⅣ)铅冷快堆冷却剂的主要候选材料。为研究321不锈钢与高温液态铅铋共晶合金的相容性,对321不锈钢在550℃液态铅铋共晶合金中的200、400、600 h腐蚀现象进行了研究。对不同腐蚀时间后腐蚀试样的表面和截面分别进行了XRD和SEM、EDS检测。结果发现:在321不锈钢试样表面产生了一种随腐蚀时间增加先生长后脱落的含O、Ti、Pb元素的化合物(Ti_2O和Pb_2O_3);在321不锈钢基体与铅铋共晶合金交界处会产生一层随腐蚀时间增加不断增厚的扩散层;321不锈钢在铅铋共晶合金中发生溶解腐蚀,在Fe、Cr元素不断向铅铋共晶合金中溶解时,伴随着Pb、Bi元素向基体中的渗透。 展开更多
关键词 铅冷快堆 铅铋共晶合金 321不锈钢 溶解腐蚀
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轴流铅铋泵的设计及其水力性能分析 被引量:7
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作者 王凯琳 李良星 +1 位作者 张双雷 张拯政 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期166-174,共9页
为了研究铅铋合金泵合适的优化设计方案,基于叶片速度三角形和圆柱层无关性假设理论,设计了不同转速的轴流铅铋泵模型。利用Ansys CFX软件,构建了不同转速包含导叶的铅铋泵水力模型和无导叶的铅铋泵水力模型,通过SSTk-ω湍流模型模拟对... 为了研究铅铋合金泵合适的优化设计方案,基于叶片速度三角形和圆柱层无关性假设理论,设计了不同转速的轴流铅铋泵模型。利用Ansys CFX软件,构建了不同转速包含导叶的铅铋泵水力模型和无导叶的铅铋泵水力模型,通过SSTk-ω湍流模型模拟对比不同的转速以及有无导叶轮设计对轴流铅铋泵水力性能的影响。模拟结果表明:导叶轮是铅铋泵低流速设计的一个重要构件,可将转速为420r/min铅铋泵的叶轮出口冷却剂流速由4m/s降低到1.8m/s;泵内冷却剂和壁面间相对速度最高区域分布在叶片前缘泵壳侧,该流速会随泵轴转速的减小而降低;在低负荷条件下高转速铅铋泵比低转速铅铋泵拥有更好的流量扬程和效率性能,但是在0.8~1.2倍额定流量的高负荷工况条件下低转速铅铋泵比高转速铅铋泵拥有更高的效率和扬程性能。此项研究可为铅冷快堆的主泵设计优化提供一定的参考。 展开更多
关键词 铅冷快堆 主泵 铅铋合金 轴流铅铋泵 水力性能
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铅铋冷却燃料棒束堵流事故CFD模拟与分析
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作者 樊亦江 余大利 +1 位作者 刘书勇 郁杰 《核安全》 2022年第6期97-105,共9页
【目的】铅铋冷却快堆(LFR)具备固有安全性、较高的能量密度和较长的燃料循环寿期等特点,是第四代核反应堆研究的重点堆型。LFR在运行过程中产生的腐蚀产物可能会引起堵流事故,对反应堆安全造成威胁。【方法】通过计算流体力学软件Flue... 【目的】铅铋冷却快堆(LFR)具备固有安全性、较高的能量密度和较长的燃料循环寿期等特点,是第四代核反应堆研究的重点堆型。LFR在运行过程中产生的腐蚀产物可能会引起堵流事故,对反应堆安全造成威胁。【方法】通过计算流体力学软件Fluent,对含绕丝19棒束燃料组件建模,模拟分析了正常工况和多组堵流工况下的铅铋工质流动传热特性,并和Pacio实验进行了对比。【结果】获得了不同工况下包壳表面最高温度分布、堵块周围速度分布和瞬时涡场结构,分析了堵块参数对流场分布和传热的影响规律。【意义】结果可为分析LFR堵流事故的发展和影响提供参考。 展开更多
关键词 铅铋冷却快堆 堵流事故 计算流体力学
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预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐Pb-Bi腐蚀性能的影响
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作者 潘霞 张洋鹏 +3 位作者 董志宏 陈胜虎 姜海昌 戎利建 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期639-649,共11页
针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐55... 针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐550℃饱和氧LBE的腐蚀性能的影响。结果表明,该钢在720℃、1%O_(2)+99%N_(2)气氛中预氧化1 h时形成的氧化膜主要是(Fe,Cr)_(2)O_(3)和MnCr_(2)O_(4)氧化物,此氧化膜可有效阻止钢中Fe元素的向外扩散和LBE中O元素的向内扩散,进而提升了材料的耐LBE腐蚀性能。但由于Mn较高的扩散速率和在LBE中较高的溶解度,预氧化膜中的Mn元素会逐渐扩散和溶解至LBE,导致部分氧化膜失效并形成局部腐蚀区,当LBE腐蚀1000 h后,合金表面的局部腐蚀区可达60%。本工作揭示了新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢中预氧化膜的微观结构、保护效果和失效机制,为进一步提升其预氧化膜的有效性和稳定性指明了方向。 展开更多
关键词 Pb-Bi共晶冷却快堆 铁素体/马氏体钢 表面处理 Pb-Bi腐蚀 预氧化膜
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铅铋共晶合金冷却剂应用面临挑战及解决方案
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作者 何明宇 康红军 +3 位作者 卢松涛 姚忠平 秦伟 吴晓宏 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3661-3672,共12页
铅铋共晶(lead-bismutheutectic,LBE)合金具有化学活性低、热特性杰出、耐辐照等优异特性,在核领域具有广泛的应用前景,是第4代核能系统铅冷快堆(lead-cooled fast reactor,LFR)冷却剂的首选材料。然而,高温、高流速、高密度的液态LBE... 铅铋共晶(lead-bismutheutectic,LBE)合金具有化学活性低、热特性杰出、耐辐照等优异特性,在核领域具有广泛的应用前景,是第4代核能系统铅冷快堆(lead-cooled fast reactor,LFR)冷却剂的首选材料。然而,高温、高流速、高密度的液态LBE会对核电材料造成严重腐蚀,威胁其服役安全。因此,全面认识与分析应用LBE所面临的挑战,对于解决LBE与结构材料相容性的关键科学和实际工程问题,以及核能的可持续发展具有重要意义。简介了LBE冷却剂的特点,系统地论述了近年来关于LBE腐蚀机理、影响因素的研究现状,针对目前的控制溶解氧气浓度、结构材料设计和腐蚀防护涂层这3种主要解决方案的基本原理、防护机制及国内外最新研究进展进行了较为全面地分析。最后,总结了目前研究中存在的主要问题与不足,并展望了未来发展前景。 展开更多
关键词 铅冷快堆 铅铋共晶合金 腐蚀 表面防护涂层 高熵合金
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小型铅-铋冷却快堆提棒事故核热耦合研究
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作者 杨冬梅 刘晓晶 +1 位作者 张滕飞 程旭 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期184-188,共5页
基于热工程序COBRA-YT和物理程序SKRTCH-N,利用幵行虚拟机(PVM)平台开发了核热耦合工具:COBRA-YT将冷却剂密度和燃料温度等热工参数传递给物理程序,用以更新截面;SKETCH-N执行物理计算,幵将功率分布反馈给热工程序;最后,应用该耦合程序... 基于热工程序COBRA-YT和物理程序SKRTCH-N,利用幵行虚拟机(PVM)平台开发了核热耦合工具:COBRA-YT将冷却剂密度和燃料温度等热工参数传递给物理程序,用以更新截面;SKETCH-N执行物理计算,幵将功率分布反馈给热工程序;最后,应用该耦合程序分析铅-铋冷却快堆的提棒事故。计算结果显示控制棒提起后,功率迅速升高,在1.42s后达到最大值;5s后包壳温度达到峰值1264℃,超出了设计限值。结果表明:在提棒事故后,均一化布置堆芯的安全会在极短时间内受到严重威胁,故该堆芯应采用分区布置。 展开更多
关键词 铅-铋冷却快堆 热工程序开发 耦合程序开发 提棒事故
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