Массоперенос продуктов коррозии с учетом химического взаимодействия в системе натрий - конструкционный материал - примеси

• Автор: Кондратьев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Физикохимические процессы в системе натрий конструкционный материал примеси

1.1.1. Физикохимические и коррозионные свойства натрия

1.1.2. Уравнения коррозии для системы натрий конструкционный материал примеси

1.2. Массоперенос в натриевом теплоносителе

1.2.1. Массообмен одиночной частицы

1.2.2. Массообменные процессы в дисперсных потоках.

1.2.3. Образование и состав частиц взвесей в натрии

1.3. Гидродинамические эффекты.

1.3.1. Гидродинамика течения жидких металлов в каналах.

1.3.2. Гидродинамические особенности поведения частиц в дисперсных потоках
Выводы к главе 1.
Глава 2. Модели массопереноса.
2.1. Обоснование модели процесса переноса хрома
2.1.1. Модель циркуляционного контура
2.1.2. Задание исходных данных и определение констант для хрома
2.2. Обоснование модели процесса переноса железа.
2.2.1. Задание исходных данных и определение констант для железа.
Выводы к главе 2.
Глава 3. Результаты расчета в одномерном приближении
3.1. Результаты расчета переноса хрома.
3.1.1. Результаты расчета переноса хрома для первого контура БН0 при номинальном режиме работы, концентрация кислорода в натрии 2 млн
3.1.2. Сравнение с экспериментальными данными
3.1.3. Результаты расчета переноса хрома в зависимости от концентрации кислорода в натрии 2, , , 0, 0 млн1 и температуры 0, 0, 0, 0, 0 С.
3.1.4. Результаты расчета переноса хрома в зависимости от температуры натрия 0, 0, 0, 0, 0 С, для концентрации кислорода в натрии 2, , , 0, 0 млн1.
3.2. Результаты расчета переноса железа
3.2.1. Результаты расчета переноса железа для первого контура ЬН0, концентрация кислорода в натрии 2 млн1.
3.2.2. Результаты расчета переноса железа для температур 0, 0, 0, 0, 0 С при различных концентрациях кислорода
Выводы к главе 3
Глава 4. Трехмерная модель
4.1. Физическая постановка задачи.
4.2. Обоснование выбора кода
4.2.1. Структура пакет программ .
4.3. Расчет кодом гидравлического сопротивления прямоугольного канала при изменении расстояния между перегородками
4.4. Численное моделирование тепломассопереноса жидких металлов с помощью пакета программ .
4.4.1. Особенности моделирования жидкометаллических теплоносителей.
4.4.2. Адаптация для задач расчета ЯЭУ с ЖМТ
4.4.3. Моделирование процессов переноса в НТО реактора БН0.
4.4.4. Решение задач гидродинамики и сопряженного тепломассообмена
4.4.5. Результаты расчета переноса примесей Сг и ЫагО в холодной ловушке
Выводы к главе
Выводы.
Список литературы


Важной проблемой, которая должна быть решена при эксплуатации контуров ЯЭУ с жидкометаллическими теплоносителями, является коррозия и массоперенос конструкционных материалов. В результате протекания указанных процессов возможно как ухудшение свойств конструкционных материалов, так и сужение и забивание проходных сечений каналов гидравлического тракта реактора, что приводит к снижению уровня безопасности. Проведение экспериментальных исследований на крупномасштабных установках с целью выявления указанных эффектов чрезвычайно дорого, а иногда и невозможно. Задача адекватного моделирования процессов массопереноса в контурах промышленных ЯЭУ с жидкометаллическими теплоносителями на экспериментальных установках пока не решена полностью. С практической точки зрения наиболее подробную информацию могут дать расчетнотеоретические методы исследования. В настоящее время разработка таких методов для рассматриваемого класса задач находится в начальной стадии. Отсутствует замкнутая система уравнений, известные расчетные оценки недостаточно обоснованы, отсутствуют данные по ряду констант, характеризующих рассматриваемые физикохимические процессы. На восполнение ряда существующих пробелов, создание надежных расчетных методов анализа процессов массопереноса продуктов коррозии сталей в контурах с жидкометаллическими теплоносителями с учетом химического взаимодейс твия примесей и направлена данная работа. Цель диссертационной работы состоит в разработке метода расчета массопереноса продуктов коррозии в натриевых контурах с учетом химического взаимодействия в системе натрийконструкционный материалпримеси. Обоснование безопасной работы натриевых контуров ЯЭУ на основании полученных данных. Проанализировать и обобщить полученные данные, на основе которых сформулировать научно обоснованные рекомендации для ЯЭУ. ЯЭУ. Апробация работы основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях и школах Реакторы на быстрых нейтронах Обнинск, Теплофизика Обнинск, V Студенческая конференция Студенчество будущее атомной энергетики Обнинск, Реакторы на быстрых нейтронах Обнинск, . На международных конференциях и семинарах Безопасность АЭС и подготовка кадров, Обнинск, Россия, сентября2 октября, Ii ii , , , . Публикации основное содержание диссертации изложено в трех статьях в реферируемых журналах, в двух препринтах ГНЦ РФФЭИ и двенадцати публикациях в сборниках тезисов докладов и трудах конференций. Структура и объем диссертации диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Материал изложен на 0 страницах, содержит рисунок, таблиц, список литературы из наименований. Автор выражает благодарность коллегам из ГНЦ РФФЭИ д. Алексееву В. В., д. Козлову Ф. А., к. Кумаеву В . Я., к. Богданович Н. Г., к. Краеву Н. Д., к. Орловой Е. А., Торбенковой И. Ю., к. Коновалову Э. Е., Мухамадееву Р. И., к. Казанцеву А. А. ЭНИМЦ МС, Варсееву Е. В. ИАТЭ ИИЯУМИФИ, Крапошину М. В. РНЦ КИ, за внимание к работе и обсуждение результатов. Глава 1. Многочисленными исследованиями установлено, что в щелочных металлах с увеличением содержания растворенного в них кислорода наблюдается увеличение скорости коррозии сталей 1. В случае загрязнения жидких металлов кислородом происходит его химическое взаимодействие с компонентами конструкционных материалов и самим жидким металлом. Поскольку все простые оксиды железа характеризуются, по крайней мере до 0 С, более положительными значениями свободной энергии их образования 3, чем оксид натрия, логично предположить образование его двойных оксидов. Здесь и далее по тексту принята терминология, используемая в отечественной литературе двойной оксид натрия и хрома или хромит соответствует двойному оксиду хрома СМаСЮ2, а двойной оксид натрия и железа или феррат двойному оксиду железа Ыа4реОз. Рентгеноструктурным анализом было установлено, что продуктом взаимодействия оксида натрия и железа является двойной оксид Ыа2Ре0 4. Показано также, что увеличение содержания кислорода в натрии приводит к возрастанию растворимости в нем никеля 5.