DOI: 10.55176/2414-1038-2021-3-143-157
Авторы
Авдеенков А.В., Ачаковский О.И.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Авдеенков А.В. – ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук.
Ачаковский О.И. – научный сотрудник, кандидат физико-математических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-54-72; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript.
Аннотация
Проанализирована инженерная модель для самосогласованного расчета роста оксидной пленки в циркуляционных контурах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем и концентраций примесей (кислород, железо, магнетит) с точки зрения возможной неопределенности в определении концентрации кислорода, растворенного в теплоносителе. Моделирование теплогидравлических и физико-химических процессов основано на решения связанных трехмерных уравнениях гидродинамики, теплообмена, конвективно-диффузионного переноса и образования химически взаимодействующих компонентов примесей в объеме теплоносителя и на поверхности сталей.
Проведены модельные расчеты влияния неопределенности концентрации растворенного кислорода на скорость и интегральный выход железа, которое при заданных условиях кислородного режима после взаимодействия с кислородом обуславливает появления магнетита. Модельные расчеты проведены для трех типов известных сталей: ЭП-823, Т91, 316L.
Показано, что выход железа и образования магнетита обусловлен спецификой самосогласованных физико-химических процессов в оксидной пленке и на границе раздела сред.
Численно продемонстрировано, что температура существенным образом влияет на интенсивность выход железа.
Численно продемонстрировано, что в режиме насыщения роста оксидной пленки существует модельно-независимая характеристика, которая определяется характерными для стали параболической константой и толщиной оксидной пленки.
Ключевые слова
массоперенос, примеси, оксидная пленка, быстрый реактор, свинцовый теплоноситель, выход железа, кислородный режим
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Avdeenkov A.V., Achakovsky O.I., Ketlerov V.V., Kumaev V.Ya., Orlov A.I. Basic models and approximation for the engineering description of the kinetics of the oxide layer of steel in a flow of heavy liquid metal coolant under various oxygen conditions. Nuclear Energy and Technology, 2020, vol. 6(3), pp. 215–234. DOI: https://doi.org/10.3897/nucet.6.59068.
Алексеев В.В., Козлов Ф.А., Кумаев В.Я. и др. Моделирование процессов массопереноса и коррозии сталей в ядерных энергетических установках со свинцовым теплоносителем. Препринт ФЭИ-3179. Обнинск, 2010. 22 c.
Алексеев В.В., Орлова Е.А., Козлов Ф.А. и др. Моделирование процессов массопереноса и коррозии сталей в ядерных энергетических установках со свинцовым теплоносителем. Препринт ФЭИ-3128. Обнинск, 2008. 23 c.
Алексеев В.В., Орлова Е.А., Козлов Ф.А., Торбенкова И.Ю., Кондратьев А.С. Расчетно-теоретический анализ процесса оксидирования стали в свинцовом теплоносителе. Вопросы Атомной Науки и техники. Серия: Ядерные константы, 2010, вып. 1–2, с. 56–66.
- Martinelli L., Balbaud-Célérier F., Terlain A., Bosonnet S., Picard G., Santarini G. Oxidation mechanism of an Fe–9Cr–1Mo steel by liquid Pb–Bi eutectic alloy at 470 °C (Part II). Corrosion Science, 2008, vol. 50, issue 9, pp. 2537–2548.
- Hwang I.S., Lim J. Structural Developments for Lead-Bismuth Cooled Fast Reactors, PEACER and PASCAR. Proc. of the 25th KAIF/KNS Annual Conference. Seoul, Korea, 2010. Available at: https://www.researchgate.net/publication/319037869_Structural_Developments_for_Lead-Bismuth_Cooled_Fast_Reactors_PEACER_and_PASCAR (accessed 25.08.2021).
- Fazio C., Benamati G., Martini C., Palombarini G. Compatibility tests on steels in molten lead and lead–bismuth. Journal of Nuclear Materials, 2001, vol. 296, issue 1–3, pp. 243–248.
- Aiello A., Azzati M., Benamati G., Gessi A., Long B., Scaddozzo G. Corrosion behaviour of stainless steels in flowing LBE at low and high oxygen concentration. Journal of Nuclear Materials, 2004, vol. 335, issue 2, pp. 169–173.
- Zhang Jinsuo, Li Ning, Chen Yitung, Rusanov A.E. Corrosion behaviors of US steels in flowing lead–bismuth eutectic (LBE). Journal of Nuclear Materials, 2005, vol. 336, issue 1, pp. 1–10.
- Barbier F., Rusanov A. Corrosion behavior of steels in flowing lead-bismuth. Journal of Nuclear Materials, 2001, vol. 296, issue 1–3, pp. 231–236.
- Balboad-Celerier. F, Martinelli L., Terlain A., Ngomsik A., Sanchez S. Picard G. High-Temperature Corrosion of Steels in Liquid Pb-Be alloy. Proc. of the Materials Science Forum, 2004, vol. 461–464, pp. 1091–1098.
- Ниязов С.-А.С., Иванов К.Д., Лаврова О.В. Результаты численных оценок потерь компонентов сталей в тяжелые теплоносители. Труды Международной конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2013)». Обнинск, 2013, c. 599–603;
Забудько А.Н., Бугреев М.И., Иванов К.Д., Николаев С.А., Чернов В.А., Николаев А.Н., Мастеров А.В. О возможности исследований отработавших кассет и твэлов реакторов АПЛ с ТЖМТ проектов 705 и 705К для обоснования технологий перспективных ЯЭУ. Труды научно-технической конференции «Теплофизика реакторов нового поколения (Теплофизика – 2018)». Обнинск, 2018, с. 138–143.
- Töpfer J., Aggarwal S., Dieckmann R. Point defects and cation tracer diffusion in (CrxFe1 − x)3 − δO4 spinels. Solid State Ionics, 1995, vol. 81, pp. 251–266.
Backhaus-Ricoult M., Dieckmann R. Defects and Cation Diffusion in Magnetite (VII): Diffusion Controlled Formation of Magnetite During Reactions in the Iron-Oxygen System. Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie, 1986, vol. 90, issue 8, pp. 690–698. DOI: https://doi.org/10.1002/bbpc.19860900814.
- Berger F.P., Hau K.F.-F.L. Mass transfer in turbulent pipe flow measured by electrochemical method. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1977, vol. 20, pp. 1185–1194.
Silverman D.C. Rotating cylinder electrode for velocity sensitivity testing. Corrosion, 1984, vol. 40, p. 220.
Harriott P., Hamilton R.M. Solid Liquid Mass Transfer in Turbulent Pipe Flow. Chemical Engineering Science, 1965, vol. 20, p. 1073.
- Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н., Мельников В.П., Легких А.Ю., Ульянов В.В. Обеспечение технологии тяжёлого жидкометаллического теплоносителя в реакторных установках нового поколения. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 4, с. 89–103.
УДК 621.039.534
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, выпуск 3, 3:11
