涂层裂纹的MHD压降研究

目前的研究已表明,自冷包层中的MHD压降问题可以在与液态金属流体接触的通道壁上涂电绝缘陶瓷涂层或自修复涂层而得到很好的解决。但因热应力等因素引起陶瓷出现裂纹或剥落,在陶瓷涂层出现裂纹或剥落后的MHD压降需要开展相应的实验工作。考虑到低成本和方便的涂层工艺,本研究中的绝缘涂层使用了     

涂层裂纹引起的MHD效应不稳定性实验模拟

介绍了用铜电极和铜导线模拟管道内电绝缘涂层裂纹，引起磁流体动力学（MHD）效应的最新实验结果。结果表明：绝缘涂层的裂纹不仅使MHD压降大大提高，而且产生MHD效应的不稳定性。边界电位差U和MHD压降△P产生跃变，偏离了经典规律，跃变的幅度达100%；且在实验参数不变的情况下，边界电位差U和MHD压降△P随时间在振荡。     

聚变发电反应堆双冷锂铅包层液态金属流动MHD效应计算与分析

对液态金属LiPb流体在规则直管和异形管内流动的磁流体动力学(MHD)效应问题进行了理论分析和数值模拟,并给出这两种情况下的压降和功耗比。在此基础上,对FDS-Ⅱ的双冷液态锂铅(DLL)包层模块的MHD压降和功耗进行计算分析,并给出关键流道(直管和典型异形管)和全模块的数值模拟结果,为包层的结构和热工水力设计提供参考。     

液态金属实验回路(LMEL)的总体设计和运行

液态金属实验回路（ＬＭＥＬ）是国内唯一用于聚变堆磁流体动力学（ＭＨＤ）效应和材料相容性研究的大型实验装置。与国外同类先进的装置相比，回路流程和运行方式均有重大改进，使其更先进、安全并具有多功能。回路运行分为两个阶段：第一阶段以钠－钾低共熔合金（２２Ｎａ７８Ｋ）为工质，研究ＭＨＤ效应，ＬＭＥＬ的最大哈特曼（Ｈａｒｔｍａｎｎ）数Ｍ和相互作用参数Ｎ分别为０．７５×１０４和２．５×１０４；第二阶段以液态锂为工质，研究结构材料与锂的相容性，最高温度和流速分别为５２０℃和１．３８ｍ／ｓ。     

高温包层内多层插件流道内液态铅锂MHD流动数值分析

包层是聚变反应堆能量转换和提取的关键部件,聚变高温制氢堆(FDS-Ⅲ)高温液态铅锂包层(HTL)中采用创新型多层插件(MFCI)技术,由SiC_f/SiC组成的流道插件使液态铅锂实现了1 000℃左右出口温度,从而达到更高的热电转换效率和制氢能力。液态金属磁流体动力学效应MHD效应是HTL包层的重点问题之一。本文以高温包层结构为参考,采用FDS团队自主开发的磁流体动力学与热工水力学耦合模拟软件MTC,对高哈特曼数下典型多层插件流道内的液态铅锂MHD流动特性进行了数值模拟,分析了不同插件电导率对流道之间电磁耦合现象的影响。     

硫酸铈剂量计电位测量法的研究

对硫酸铈剂量计电位测量法进行了研究。辐照前后剂量计溶液中Ｃｅ~（４＋）－Ｃｅ~（３＋）体系电位的变化（△Ｅ）被用来度量该体系的吸收剂量，从而取代了分光光度法繁杂的操作程序。在１０ｋＧｙ～２０ｋＧｙ范围内的研究结果显示，电位测量法使用未经特殊处理的辐照容器和用普通蒸馏水配制的剂量计溶液，其测量结果与Ｆｒｉｃｋｅ剂量计的测量结果在４．５％以内符合。该方法无需稀释，所使用的电极和酸度计都是普通化学实验室中常见的，因而特别适用于辐射加工常规剂量测量。     

基于超导的新型钠泵数学建模与仿真研究

通过对以往电磁泵的研究,提出了基于超导的新型钠泵,并建立了数学模型。通过对两种螺旋形钠泵(旋片式和矩形方管式)的对比研究,给出了流量与压头增量仿真结果。结果表明,矩形方管式钠泵流量特性较好;矩形方管式钠泵的流量和压头大小可随电源电流、磁感应强度大小进行调节,其结果符合钠泵低压头、大流量的目标。     

基于EAST装置上液态调配器系统的研究

液态调配器是用于离子回旋共振加热系统以代替传统活塞式调配器的一种新型阻抗匹配装置。通过对液态调配器工作原理的研究,设计了液态调配器的油路系统,采用计算机和可编程控制器对系统进行控制。同时,对液态调配器各支节匹配高度的计算方法进行了研究,提出了计算公式,并利用实验中测得的数据对计算公式进行了验证。经过两轮EAST实验使用证实,该系统完全满足设计要求。     

基于OpenFOAM的液态金属铅铋三维流动换热特性数值模拟研究

铅铋快堆是第4代核能系统的主要堆型之一,但由于液态金属铅铋的热物性与传统工质如水、空气等有很大不同,假设流动边界层与热边界层相似的雷诺比拟原理已不再适用。本文在开源程序OpenFOAM中开发了基于k-ε-k_θ-ε_θ四因子模型的自定义求解器,考虑热边界层与流动边界层的差异性,对带绕丝棒束通道中液态金属铅铋的流动换热现象进行数值模拟,得到了速度、温度等重要热工水力参数的三维分布,揭示了绕丝对冷却剂流动传热过程的影响规律,并将计算结果与经典实验关联式进行对比,结果符合良好,证明了所用模型和程序的正确性。本研究可为在OpenFOAM中添加新模型、开发自定义求解器以及开展针对液态金属流动换热问题的计算流体动力学（CFD）模拟提供参考。     

六边形排列的7棒束通道内液态钠流动换热特性试验研究

以液态钠作为试验工质,对六边形排列的7棒束通道内液态钠流动换热特性进行了试验研究。试验流速为0~4 m·s^-1,热流密度为0~120 kW·m^-2,系统压力为1.5~200 kPa,对应的雷诺数和佩克莱数分别为4 000~60 000和0~340。深入分析了部分热工参数对7棒束通道内液态钠流动换热特性的影响,通过对7棒束通道内液态钠流动换热的试验数据的非线性拟合,得到适用于7棒束通道内液态钠流动换热的经验关系式。结果表明：拟合得到的摩擦系数关系式和努塞尔数关系式能准确地预测7棒束通道内的试验数据,其预测误差分别小于5%和6%。将获得的努塞尔数关系式与其他研究者的试验数据进行比较,与其他研究者985%的试验数据误差在30%以内,表明获得的关系式适用于7棒束通道内液态钠流动换热。     

Li Cl-KCl熔盐体系中Ce(Ⅲ)在液态Ga电极上的电化学行为

采用循环伏安法（CV）、方波伏安法（SWV）和计时电位法（CP）等暂态电化学方法研究了LiCl-KCl熔盐体系中Ce（Ⅲ）在液池Ga和液膜Ga电极上的电化学行为。以高纯Al₂O₃包覆的石墨棒作对电极,以Ag/AgCl(x=2%)为参比电极,结果表明,在液池Ga电极上,Ce（Ⅲ）可一步还原为αGa₆Ce：Ce（Ⅲ）+3e+6Ga=αGa₆Ce,该反应为不可逆过程,并受扩散控制;Ce（Ⅲ）的扩散系数与温度的关系式为：ln D=2.88-10 118.4/T;Ce（Ⅲ）/αGa₆Ce的半波电位与温度的关系式为：E=-1.701+5.472×10^-4T。此外,在Ga液膜电极上,Ce（Ⅲ）可发生欠电位沉积,形成至少三种金属间化合物。     

LiCl-KCl熔盐体系中Ce（Ⅲ）在液态Ga电极上的电化学行为

采用循环伏安法（CV）、方波伏安法（SWV）和计时电位法（CP）等暂态电化学方法研究了LiCl-KCl熔盐体系中Ce（Ⅲ）在液池Ga和液膜Ga电极上的电化学行为。以高纯Al₂O₃包覆的石墨棒作对电极，以Ag/AgCl(x=2%)为参比电极，结果表明，在液池Ga电极上，Ce（Ⅲ）可一步还原为αGa₆Ce：Ce（Ⅲ）+3e+6Ga=αGa₆Ce，该反应为不可逆过程，并受扩散控制；Ce（Ⅲ）的扩散系数与温度的关系式为：ln D=2.88-10 118.4/T；Ce（Ⅲ）/αGa₆Ce的半波电位与温度的关系式为：E=-1.701+5.472×10^-4T。此外，在Ga液膜电极上，Ce（Ⅲ）可发生欠电位沉积，形成至少三种金属间化合物。     

沉积TiB_2薄膜的电极真空绝缘性能实验研究

利用由一定结构的球面 (阴极 ) 平板 (阳极 )组成的真空间隙 ,模拟特种电真空器件中电极间的微放电过程。用离子束辅助沉积 (IBAD)法 ,在阴极球面上沉积出高结合强度的晶化TiB2 薄膜。实验证明 :在高达 10 0 0℃的温度下 ,相比不锈钢材料 ,薄膜表面几乎不被氧化 ;在单次脉冲高压作用下和在经受数百次高能微粒子轰击后 ,仍呈现出弱放电特征 ,既提高了耐压能力 ,又降低了脉冲电源的动态负载     

液态铅铋共晶合金中纳米颗粒的热泳运动研究

采用液体中的固体颗粒热泳理论,对铅铋共晶合金(LBE)中金属纳米颗粒的热泳现象进行研究。计算LBE中不同种类纳米颗粒的热泳速度,并观察不锈钢纳米颗粒在不同流体中的热泳速度。对LBE中不同种类纳米颗粒热泳速度的计算结果表明,LBE中纳米颗粒的热泳速度随着温度梯度的增加而增加,随粒径的减小而增加;不锈钢颗粒的热泳速度要比碳纳米管颗粒低两个量级,与铜纳米颗粒的热泳速度相近。对不锈钢纳米颗粒在不同流体中热泳速度的计算结果表明,不锈钢颗粒在LBE中的热泳速度要比在水和四氟乙烷中低1个量级,比在机油和乙基乙二醇中高2个量级。     

液态铅铋共晶合金中纳米颗粒的热泳运动研究

采用液体中的固体颗粒热泳理论,对铅铋共晶合金(LBE)中金属纳米颗粒的热泳现象进行研究。计算LBE中不同种类纳米颗粒的热泳速度,并观察不锈钢纳米颗粒在不同流体中的热泳速度。对LBE中不同种类纳米颗粒热泳速度的计算结果表明,LBE中纳米颗粒的热泳速度随着温度梯度的增加而增加,随粒径的减小而增加;不锈钢颗粒的热泳速度要比碳纳米管颗粒低两个量级,与铜纳米颗粒的热泳速度相近。对不锈钢纳米颗粒在不同流体中热泳速度的计算结果表明,不锈钢颗粒在LBE中的热泳速度要比在水和四氟乙烷中低1个量级,比在机油和乙基乙二醇中高2个量级。     

FeBSi非晶态合金系列的穆斯堡尔谱学和四端电位法研究

本文应用穆斯堡尔谱学方法研究了Fe_(80)B_(20)和Fe_(82)B_(18-x)Si_x(x=2,4,6,8,10)非晶态合金的超精细场分布,得出在各种不同B、Si浓度下平均超精细场的变化曲线。研究结果表明:在x=2至10范围内,Fe_(82)B_(18-x)Si_x的平均超精细场(?)随着Si含量的增大而略有增大。这是因为Si原子数目增加时,体积较大的Si原子取代了,Fe_(82)B_(18-x)Si_x非晶合金中处于间隙位置的B原子,从而使形变和平均超精细场都有所增加。     

基于Abaqus的SiC阻氚涂层表面裂纹性能的研究

在聚变反应堆中阻氚涂层服役期间,涂层表面的裂纹性能以及基底粗糙度是制约涂层服役周期的关键因素。基于Abaqus有限元模拟软件,构建了SiC/316L不锈钢阻氚涂层系统模型。通过对基底表面粗糙度的引入,重点分析了基底粗糙度和涂层表面裂纹之间的关系。结果表明：基底粗糙度对涂层表面裂纹的应变能释放率有显著的影响。当裂纹位于波峰时,应变能释放率最大;当裂纹位于波谷正上方时,应变能释放率最小。相比于光滑交界面,沿着粗糙界面的应力受到了一定程度的抑制效果,呈现降低的趋势。     

用于高真空环境材料的表面绝缘处理技术实验研究

正在研制中的100MeV紧凑型回旋加速器的主真空室内（真空度5×10^-6Pa）需安装许多出气率底、小变形且易加工的绝缘零部件：尼龙、聚酰亚胺等有机绝缘材料真空中的出气率较大;石英、陶瓷等无机绝缘材料材质比较脆,难加工。金属材料作为基体进行表面绝缘处理所形成的绝缘材料满足使用要求。     

基于新型金属氘化物电极的真空弧离子源性能研究

采用金属氘化物电极的真空弧离子源,可产生强流氘离子束,在中子发生器、强流加速器等领域有着广泛的应用前景。本文针对一种新型金属氘化物材料(Zr_(0.45)Ti_(0.5)Cu_(0.05)D_x),研究了基于该材料制作的电极源片,及其表面状态和晶体结构,并通过磁质谱分析方法研究了采用该电极源片的真空弧离子源放电性能。研究结果表明:这种新型金属氘化物材料吸氘(金属氘原子比约1:(1.6～1.7))前后体涨约18%,表面无宏观裂纹;微观下存在微细裂纹,裂纹宽度均小于100 nm。离子源放电获得的氘离子成分比例较普通氘化钛电极情况稳定性高。另外,随着放电弧流的增加,氘离子比例有所下降,表明大放电弧流下,源片中低熔点的铜元素气化量增大,降低了氘原子的电离效率。本文研究为基于金属氘化物电极的真空弧离子源电极材料选择提供了一种新的选择。     

带热浸铝涂层MANET Ⅱ马氏体钢的氢渗透性能研究

在300～450℃温度范围内,分别在氢气相和液态铅锂合金相中,开展了带热浸铝涂层MANET Ⅱ马氏体钢的氢渗透性能研究.结果表明,实验所得到的氢渗透率减低因子(PRF),在气相中为620～263,在液态铅锂合金相中为45～30.但仍然没有满足DEMO聚变堆的设计要求.涂层的自修复效应在400 ℃以上是明显和有效的.从渗透通量与样品上游氢压的关系来看,涂层使得表面效应对渗透过程的影响很大.在上游小流量及在液态铅锂合金中鼓泡充氢可以导致渗透通量升高.扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)的结果表明,样品表面被液态铅锂合金所浸润的部分出现微裂纹,而未浸润部分没有出现微裂纹.微裂纹很肤浅,仅仅影响涂层的最外表面薄层,没有贯穿整个渗铝层而到达基体.未浸润表面的Al/O原子比约为2/3,浸润表面约为1/1,表明液态铅锂合金对渗铝层表面的Al2O3薄层造成了损伤.总的看来,造成氢渗透阻挡层性能退化的原因,是涂层外表面与液态铅锂合金相互作用,以及涂层在升、降温过程中产生热应力释放.