[发明专利]铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法及采用其的模拟系统

说明书

本发明提供了一种铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，该方法包括：测量铅铋共晶合金流体中颗粒物的物性参数，将所述铅铋共晶合金流体中颗粒物的物性参数引入到铅铋共晶合金流体物性参数的计算中，得到含多种类型颗粒物的铅铋共晶合金流体的物性参数计算公式，并根据该计算公式编制程序，对铅铋共晶合金流体的物性参数进行实时测算，从而完成本发明；本发明提供的铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法提高了计算铅铋共晶合金流体物性参数的准确性，并能够连续、实时地计算各种工况下含多种类型颗粒物的铅铋共晶合金流体的物性参数。

技术领域

本发明涉及核反应堆安全分析领域，尤其涉及一种铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法及采用其的模拟系统。

背景技术

从上个世纪80年代后期开始，速器驱动的次临界系统(ADS)作为一种先进的嬗变堆型，逐渐成为国际研究的热点。美国、欧盟、日本等国家均将速器驱动的次临界系统(ADS)的研究列入国家中长期发展计划。它的组成包括：外源中子靶、中能强流质子加速器和次临界反应堆，是一种高效的核废物嬗变炉和焚烧炉。铅铋共晶合金(LBE)是目前加速器驱动的次临界系统(ADS)设计中首选的冷却剂材料和散裂靶，其中，铅与铋的质量百分数分别为44％～45％和55％～56％。

铅铋共晶合金在生产过程中，不可避免的会掺入杂质，其中，熔点比铅铋共晶合金熔点高的杂质在反应堆运行条件下如果依然不能熔化，将以颗粒物的形式随着铅铋共晶合金(LBE)一起在冷却剂通道中流动。在流动的过程中，颗粒物对结构材料的切削作用以及流体对结构材料的冲刷腐蚀作用将会在产生新的颗粒物，同时加速冷却剂通道腐蚀。威胁反应堆安全，缩短反应堆寿命。对颗粒物的研究主要集中在常规流体上，比如空气、水等，要对加速器驱动的次临界系统(ADS)进行安全分析之前，必须要对冷却剂的各种热物性有着清楚的认识。2006年，Koji等在总结前人实验数据的基础上得到铅铋共晶合金的热物性公式[Koji M.,Werner M.,Michael F.,Hidemas Y..Thermophysical Properties of Lead-Bismuth Eutectic Alloy in Reactor Safety Analyses[J].Journal of NuclearScience and Technology,2006,43(5):526-536.]；2009年，周涛等对进行了理论和实验研究[ZHOU Tao,YANG Ruichang,WANG Shichao.Visual experiment research of theinhaled particle thermophoresis deposition rule in the rectangle turbulentflow tube[J].Applied Thermal Engineering,2009,29(5):1138–1145.]；J.C.Barrett等研究了电场对放射性颗粒运动的影响[J.C.Barrett,C.F.Clement,A.B.S.Virdee Theremoval of radioactive aerosols by electric fields[J]Journal of AerosolScience,2009,40(3):185–192.]；2013年，汝小龙等对窄通道内PM1颗粒沉积进行了数值模拟研究[汝小龙，周涛，林达平，杨旭.两种截面窄通道内PM1颗粒沉积数值模拟对比研究[J].核动力工程，2013,34(s1):42-46.]；2013年，刘梦影、苏子威等先后通过数据拟合对铅铋共晶合金的热物性进行了研究，编制了相关程序进行计算，得到一系列与温度相关的纯LBE物性参数[苏子威，周涛，刘梦影.液态铅铋合金热物性研究[J].核技术,2013,36(9):1-5.])。

但是这些程序和研究中，程序不能够连续地、实时地计算LBE的热物性。同时，这些研究都没有考虑颗粒物的存在对铅铋共晶合金热物性的影响。颗粒物随着铅铋共晶合金一起在反应堆中迁移，在迁移过程中发生局部聚集现象。会造成物性参数的改变，从而影响堆芯的实际工况和实际功率，威胁反应堆的安全和影响其实际功率，现有的反应堆设计技术中，由于没有考虑到颗粒物的影响，致使设计的反应堆换热能力与实际的换热能力有差异，带来安全隐患，甚至导致危险事故的发生。