EDN: MVCQWY
Авторы
Круглов А.Б., Харитонов В.С.
Организация
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва, Россия
Круглов А.Б. – доцент, кандидат физико-математических наук.
Харитонов В.С. – доцент, кандидат технических наук. Контакты: 115409, Москва, Каширское шоссе, д. 31. Тел.: (495) 788-56-99 (83-50); е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Аннотация
Статья посвящена обзору опубликованных экспериментальных данных и расчетных рекомендаций по теплофизическим свойствам натриевого и свинцового теплоносителей, которые необходимы для обоснования теплогидравлических характеристик быстрых реакторов с жидкометаллическим теплоносителем, а также для анализа их безопасности с использованием расчетных кодов. Анализируется согласование приведенных в различных источниках экспериментальных данных по плотности, изобарной теплоемкости, динамической вязкости и теплопроводности натрия различной степени чистоты в интервале от температуры плавления до температуры кипения при давлении 0,1 МПа, а также при повышенных давлениях. Рассмотрена имеющаяся информация по теплофизическим свойствам жидкого и газообразного натрия на линии насыщения при высоких температурах и давлениях вплоть до критической точки. Рассматриваются имеющиеся данные по теплофизическим свойствам расплава свинца в интервале температур от точки плавления до температур близких к точке кипения при атмосферном давлении. Приводится информация об использованных экспериментальных методах. Обсуждается неопределенность имеющихся экспериментальных данных по плотности, теплоемкости, динамической вязкости и теплопроводности расплава свинца. Приводятся результаты высокотемпературных измерений теплоемкости свинца, полученные методом импульсного нагрева при температурах 2000–5000 К и давлениях 0,1 МПа – 0,5 ГПа. Представлена уточненная экспериментальная информация авторов статьи по влиянию металлических примесей в свинце на коэффициент теплопроводности свинца. Отмечено, что коэффициент теплопроводности свинца с содержанием металлических примесей 0,00385 мас. % примерно на 2 % больше коэффициента теплопроводности свинца с содержанием примесей 0,0092 мас. %.
Ключевые слова
жидкометаллические теплоносители быстрых реакторов, теплофизические свойства натрия и свинца, плотность, теплоемкость, динамическая вязкость, коэффициент теплопроводности, погрешность экспериментальных данных
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Fink J.K., Leibowitz L. Thermodynamic and transport properties of sodium liquid and vapor. Report ANL/RE–95–2. Argonne National Laboratory, 1995. 237 p. DOI: https://doi.org/10.2172/94649.
- Sobolev V. Thermophysical properties of lead and lead–bismuth eutectic. Journal of Nuclear Materials, 2007, vol. 362, no. 2–3, pp. 235–237. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2007.01.144.
- Kirillov P.L., Bobkov V.P., Fokin L.R., Petrov E.E., Popov V.V., Rumiantsev V.N., Savvatimsky A.I. Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: A Tutorial and Collection of Data. Vienna: IAEA, 2008. 191 p.
- Sobolev V. Database of thermophysical properties of liquid metal coolants for GEN-IV. Mol: Belgian Nuclear Research Center SCK-CEN, 2011. 173 p.
- Савченко И.В., Лежнин С.И., Мосунова Н.А. Рекомендации по значениям и расчетным соотношениям для теплофизических и кинетических свойств жидкого свинца. Теплоэнергетика, 2015, № 6, с. 51–54. DOI: 10.1134/S0040363615060077.
- Miller R.R. Physical Properties of Liquid Metals. In: Liquid Metals Handbook. Ed. Lyon. 2nd Ed. Report NAVEXOS P-733. Washington, USA: Atomic Energy Commission and Dept. of the Navy, 1954. 257 p.
- Кутателадзе С.С., Боришанский В.М., Новиков И.И., Федынский О.С. Жидкометаллические теплоносители. М.: Атомиздат, 1958. 205 с.
- Golden G.H., Tokar J.V. Thermophysical properties of sodium. ANL-7323. Report of Argonne National Laboratory. Springfield: National Bureau of Standards, 1967. 108 p.
- Новиков И.И., Груздев В.А., Краев О.А., Одинцов А.А., Рощупкин В.В. Экспериментальное исследование теплофизических свойств жидких щелочных металлов при высоких температурах. Теплофизика высоких температур, 1969, т. 7, вып. 1, с. 71–74. Доступно на: https://www.mathnet.ru/rus/tvt6635 (дата обращения 16.03.2026).
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1972. 721 с.
- Iida T., Guthrie R.I.L. The Physical Properties of Liquid Metals. Oxford: Clarendon Press, 1988. 288 p.
- Bogoslovskaya G.P. et al. Comparative Assessment of Thermophysical and Thermohydraulic Characteristics of Lead, Lead-Bismuth and Sodium Coolants for Fast Reactors. IAEA TECDOC-1289. Vienna: IAEA, 2002. 65 p. ISBN 92-0-113602-1.
- Fink J.K., Leibowitz L. Thermophysical Properties of Sodium. ANL-CEN-RSD-79-1. Argonne National Laboratory Report, 1979. 419 p.
- Шпильрайн Э.Э., Якимович К.А., Тоцкий Е.Е. и др. Теплофизические свойства щелочных металлов. Под ред. акад. В.А. Кириллина. М.: Изд-во стандартов, 1970. 487 с.
- Быстров П.И., Каган Д.Н., Кречетова Г.А., Шпильрайн Э.Э. Жидкометаллические теплоносители тепловых труб и энергетических установок. Под ред. В.А. Кирилина. М.: Наука, 1988. 263 с.
- Barin I., Knacke O. Thermochemical Properties of Inorganic Substances. Berlin: Springer-Verlag, 1973. 921 p. DOI: 10.1604/9783514003637.
- Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T., Gleiser M., Kelley K.K. Selected Values of the Thermodynamic Properties of the Elements. Ohio: American Society for Metals, 1973. 636 p.
- Cheynet B., Dubois J.D., Milesi M. Donnees thermodynamiques des elements chimiques. Techniques de L’Ingénieur. Materiaux metalliques. Form M64, 7. 1996. pp. 1–22.
- Gale W.F., Totemeier T.C. Smithells Metals Reference Book. 8th edition. Elsevier Inc., 2004. 2072 p.
- Chase M.W., Davies C.A., Downey J.R., Frurip D.J., McDonald R.A., Syverud A.N. JANAF Thermochemical Tables. Third Edition. Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1985, vol. 14, Supplement 1, pp. 1565–1569. DOI: https://doi.org/10.1063/1.555517.
- Thurnay K. Thermophysical Properties of Sodium in the Liquid and Gaseous States. Report KfK 2863. Karlsruhe: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1981. 238 p.
- Lucas L.D. Viscosité. Techniques de l’Ingénieur. Materiaux métalliques, 1984, no. M153, form M66. 26 p.
- Shpil'rain E.E. et al. Chapter 7.3. Dynamic and kinematic viscosity of liquid alkali metals. In: Handbook of Thermodynamic and Transport Properties of Alkali Metals. Ed. Ohse R.W. Boston: IUPAC, Blackwell Scientific Publications, 1985. Pp. 753–784.
- Cook J.G., Fritsch G. Chapter 7.2. Thermal Conductivity in the Liquid Phase. In: Handbook of Thermodynamic and Transport Properties of Alkali Metals. Ed. Ohse R.W. Boston: IUPAC, Blackwell Scientific Publications, 1985. Pp. 329–347.
- Mills K.C., Monaghan B.J., Keene B.J. Thermal conductivities of molten metals: Part 1 Pure metals. International Materials Reviews, 1996, vol. 41, no. 6, pp. 209–243. DOI: 10.1179/imr.1996.41.6.209.
- Одинцов А.А. Экспериментальное исследование теплопроводности щелочных металлов лития, натрия, цезия при высоких температурах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МИФИ, 1967. 143 с.
- Agazhanov A., Abdullaev R.N., Samoshkin D.A., Stankus S.V. Thermal conductivity of lithium, sodium and potassium in the liquid state. Physics and Chemistry of Liquids, 2020, vol. 58, issue 6, pp. 760–768. DOI: 10.1080/00319104.2019.1636377.
- Kirshenbaum A.D., Cahill J.A., Grossi A.V. The density of liquid lead from the melting point to the normal boiling point. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1961, vol. 22, pp. 33–38. DOI: 10.1016/0022-1902(61)80226-1.
- Crean L.E., Parkins W.E. Liquid Metal Cooled Reactors. Chapter 17. In: Reactor Handbook. 2nd Ed. (rev., enl.), vol. IV, Engineering. Eds. S. McLain, J.H. Martens. New York: Interscience Publishers, 1964. 857 p. DOI: 10.1080/18811248.2006.9711131.
- Ruppersberg H., Speicher W. Density and Compressibility of Liquid Li-Pb Alloys. Zeitschrift für Naturforschung, 1976, vol. 31 a, pp. 47– 52. DOI: 10.1515/zna-1976-0106.
- Lucas L.D. Données physico-chimiques des principaux métaux et métalloïdes. Techniques de l’Ingénieur. Materiaux métalliques. no. M153, form M65a. 1984. 75 p.
- Станкус С.В., Хайрулин Р.А., Мозговой А.Г., Рощупкин В.В., Покрасин М.А. Плотность свинца, висмута и их эвтектического сплава в конденсированном состоянии в диапазоне температур от 273,15 К до 1500 К. Таблицы стандартных справочных данных. ГСССД 229-2007. 35 c.
- Friedland A.J. Coolant Properties. Heat Transfer and Fluid Flow of Liquid Metals. Fast Reactor Technology: Plant Design. Ed. J.G. Yevick. Ch. 2. Cambridge (MA): M.I.T. Press, 1966, pp. 16–84.
- Touloukian Y.S., Buyco E.H. Specific Heat: Metallic Elements and Alloys. In: Thermophysical Properties of Matter. Vol. 4. New York – Washington: IFI/Plenum, 1970. 750 p. ISBN 0306670240, 9780306670244.
- Gurvich L.V., Veyts I.V. Thermodynamic Properties of Individual Substances. 4th ed., Vol. 2, Parts 1 and 2. New York: Hemisphere Pub. Corp., 1991. 594 p. DOI: 10.1615/0-8493-9926-2.0.
- Станкус С.В., Хайрулин А.Р., Яцук О.С. Энтальпия и теплоемкость свинца в конденсированном состоянии. Атомная энергия, 2023, т. 134, вып. 3–4, с. 124–131.
- Sommelet P. Gibbs Energies, Entropies and Heats of Formation from Drop Calorimetry: the Silver Lead System. M.S. Thesis. California: Berkley University, 1965. 40 p.
- Douglas T., Dever J. Heat content of lead from 0 to 900 °C, and the heat of fusion. J. Amer. Chem. Soc., 1954, vol. 76, pp. 4824–4826. DOI: 10.1021/JA01648A015.
- Банчила С.Н., Филиппов Л.П. Новые измерения комплекса тепловых свойств жидких олова и свинца. Теплофизика высоких температур, 1973, т. 11, № 3, с. 668–671. Доступно на: https://www.mathnet.ru/rus/tvt10378 (дата обращения 16.03.2026).
- Hodgson W. Equation of State and Transport Measurements on Expanded Liquid Metals up to 8000 K and 0.4 GPa. Ph.D. Thesis. University of California, USA, 1978. 211 p.
- Pottlacher G., Jäger H. Measurement of thermophysical properties of lead by a submicrosecond pulse-heating method in the range 2000–5000 K. International Journal of Thermophysics, 1990, vol. 11, no. 4, pp. 719–729. DOI: 10.1007/BF01184340.
- Hofmann W. Lead and Lead Alloys. Berlin, New York: Springer-Verlag, 1970. 551 p. ISBN 0387048804, 9780387048802.
- Iida T., Morita Z., Takeuchi S. Viscosity measurements of pure liquid metals by the capillary method. Journal of the Japan Institute of Metals, 1975, vol. 39, pp. 1169–1175. DOI: 10.2320/jinstmet1952.39.11_1169.
- Imbeni V. et al. Stato dell’arte sulle proprietà chimico-fisiche del Pb e Pb-Bi. Parte II. Proprietà di Pb e Pb-Bi, Na. In Studio di un acceleratore superconduttivo di protoni di grande potenza e studio di un sistema sottocritico da esso sostenuto per il bruciamento dei residui radioattivi, Sottotema 2: Prove di corrosione, BoMet. Accordo di programma ENEA/INFN-MURST, Settore Ambiente. 1998.
- Powell R.W., Tye R.P. Thermal conductivity of lead in the range 180 to 500 °C. Proc. Conference of Thermodynamic and Transport Properties of Fluids. Inst. Mech. Eng. London, 1958. Pp. 182–187.
- Дутчак Я.И., Панасюк П.В. Исследование теплопроводности некоторых металлов при переходе из твердого в жидкое состояние. Физика твердого тела, 1966, т. 8, № 9, с. 2805–2808.
- Touloukian Y.S. et al. Thermal Conductivity: Metallic Elements and Alloys. In: Thermophysical Properties of Matter, Vol. 1. New York – Washington: IFI/Plenum, 1970. 750 p.
- Smithells Metals Reference Book. Thermochemical Data. Chapter 8 “The Physical Properties of Liquid Metals”. 6th edition. Ed. E.A. Brandes. London: Butterworths, 1983. 950 p.
- Hemminger W. Thermal conductivity of lead in the range – 180 to 500 °C. International Journal of Thermophysics, 1989, vol. 10, pp. 765–777. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00514474.
- Савченко И.В. Экспериментальное исследование теплопроводности и температуропроводности расплавов легкоплавких металлов и сплавов методом лазерной вспышки. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Новосибирск: ИТ СО РАН, 2011. 128 с.
- Agazhanov A.Sh., Stankus S.V., Savchenko I.V., Samoshkin D.A. Thermal conductivity of lead and bismuth-lead eutectic melts up to 1300 K. Nuclear Engineering and Design, 2024, vol. 423, p. 113166. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2024.113166.
- Круглов А.Б., Рачков В.И., Меринов И.Г., Харитонов В.С., Паредес Л.П.Теплопроводность свинца в диапазоне температур 350–1000 °С. Теплофизика и аэромеханика, 2022, т. 29, № 4, с. 647–654.
УДК 621.311.25(06)
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2026, выпуск 2, с. 320–335
