含铝奥氏体耐热钢在超临界二氧化碳中的腐蚀行为

研究了20Cr-25Ni合金和一种新型结构材料含铝的奥氏体耐热钢(AFA钢)在600℃/20 MPa的超临界二氧化碳(S-CO₂)环境中的腐蚀行为,并对2种合金的氧化膜形貌、成分和结构进行分析。研究发现,20Cr-25Ni合金出现明显的腐蚀增重增长趋势,表现出“抛物线”上升规律;AFA钢腐蚀增重趋势缓慢,腐蚀1000 h后仅为2.11 mg/dm²。20Cr-25Ni合金表面出现粗大的氧化产物,随腐蚀时间延长,AFA钢的氧化膜始终保持致密、连续。通过氧化膜的截面形貌分析发现,20Cr-25Ni合金腐蚀后具有两层氧化膜结构,主要由Fe₃O₄和FeCr₂O4_氧化层以及少量尖晶石组成。而AFA钢中出现了3层氧化膜结构,中间和最内层分别为Cr₂O₃和Al₂O₃氧化膜,最外层分布了一层不连续的FeCr₂O₄尖晶石氧化物。由于形成了致密的...     

奥氏体ODS钢在超临界水中的腐蚀行为

研究了奥氏体ODS钢（316-ODS）在600 ℃/25 MPa超临界水（SCW）中的腐蚀特性。采用腐蚀增重法、SEM、EDS和XRD分析了材料的氧化动力学、氧化膜的形貌、合金元素分布和组织结构。研究结果表明,316-ODS钢在SCW中出现了疖状腐蚀,同时还出现了敏化,其腐蚀增重服从幂指数生长规律。316-ODS钢表面氧化膜为双层结构,内层氧化膜富Cr贫Fe,其主要成分为FeCr₂O₄,而外层氧化膜富Fe贫Cr,其主要成分为Fe₃O₄。     

超临界CO2处理后的金属铀表面氧化腐蚀和电化学腐蚀实验研究

采用重量法和电化学方法分别得到表面经超临界CO2处理后的铀试样在60℃、70％RH条件下的氧化动力学曲线(△m-t)和在50μg/g Cl^-溶液中的阳极极化曲线、自腐蚀电流等抗蚀评价指标。结果表明：经超临界CO2处理后，金属铀表面抗氧化腐蚀性能和抗化学介质腐蚀性能均有一定程度提高。对钝化膜提高金属铀表面抗腐蚀性能的原因进行了探讨。     

含TBP-HNO3超临界CO2流体静态络合萃取U3O8

建立了一种快速降低萃取系统压力的静态络合萃取实验装置。在此装置上研究了含TBP-HNO₃超临界CO₂静态络合U₃O₈的快速气化测量方法,探索了含TBP-HNO₃超临界CO₂静态络合萃取U₃O₈的行为规律。     

候选材料在650 ℃超临界水中的腐蚀行为研究

研究了3种候选材料（347、HR3C和In-718）在650 ℃、25 MPa去离子水中的均匀腐蚀行为,使用场发射扫描电镜（FEG-SEM）和能谱（EDS）观察了不同腐蚀时间的表面氧化膜形貌与合金元素分布,使用掠入射X射线衍射（GIXRD）分析了氧化膜相结构。结果表明,3种材料腐蚀失重均符合抛物线规律,347的失重为HR3C和In 718的40倍以上;3种材料氧化膜均以Ni(Cr, Fe) ₂O₄为主,In-718点蚀严重,347氧化膜明显脱落,HR3C氧化膜较均匀致密;高温超临界水中,提高合金的Cr含量有助于增强均匀腐蚀性能,添加Nb有损合金的点蚀抗力。     

基于平衡冷凝模型的超临界CO2压缩机内部冷凝数值分析

超临界二氧化碳（sCO₂）布雷顿循环是第四代核反应堆能量转换系统主要解决方案之一,实际运行中,压缩机内sCO₂可能发生凝结,导致效率降低,运行稳定性受到影响。本文结合Span-Wagner物性模型,建立了sCO₂的平衡冷凝数值模型,对sCO₂压缩机进行数值模拟,分析了sCO₂冷凝的主要区域、成因及影响。结果表明,sCO₂的凝结主要受流速影响,发生于压缩机主叶片前缘吸力面的50%叶高以上区域及前缘间隙内近压力面区域,前一区域由sCO₂的局部加速所致,后一区域由叶顶间隙泄漏所致;在给定工况下,冷凝区域很小,未扩展到整个通道,冷凝的sCO₂很少,未形成两相流,对压缩机运行的影响很小。      

奥氏体304NG不锈钢在550℃/25MPa超临界水中的腐蚀行为

研究了304NG不锈钢在550℃/25MPa超临界水中的腐蚀特性。采用扫描电镜、X射线能谱仪和X射线衍射分析了氧化膜的腐蚀形貌、组织结构和元素成分分布。实验结果表明,在550℃/25MPa的超临界水中腐蚀1000h后,304NG不锈钢显示出优越的耐腐蚀性能,其均匀腐蚀增重速率仅为0.01299mg•dm^-2•h^-1。304NG不锈钢在超临界水中形成均匀致密、但带有疖状腐蚀的双层氧化膜,厚度约为2.0μm,内层氧化膜致密而富Cr和Ni,外层氧化膜疏松而富Fe。     

超临界二氧化碳环境中600合金和304不锈钢的均匀腐蚀行为研究

为遴选可用于超临界二氧化碳核反应堆的结构材料,通过实验研究了应用于传统核反应堆中的两种合金（600合金和304不锈钢）在650℃、20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为,运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、能谱仪和Ｘ射线衍射仪分析了氧化膜形貌、结构和化学成分。结果表明,两种材料的腐蚀增重均服从抛物线生长规律,其中600合金的耐腐蚀性能优于304不锈钢;腐蚀500 h后,600合金表面氧化物厚度约为5 μm,主要成分为NiCr₂O₄,结构致密,具有保护性,其氧化膜及基体中均未发现明显渗碳行为;腐蚀500 h后,304不锈钢表面氧化膜可达约45 μm,为双层结构,外层为Fe₃O₄,内层为NiFeCrO₄,结构疏松,发生显著渗碳现象。本研究揭示了上述材料在超临界二氧化碳中的腐蚀机理,为超临界二氧化碳核反应堆结构材料的选择提供了数据支持。      

临界点附近CO2物性畸变特性的分子动力学研究

通过分子动力学模拟方法,从微观角度研究了临界点附近CO₂物性畸变特性。分子动力学模拟表明COMPASS力场在远离临界点时具有较高精度,在临界点附近精度较低但可反映密度畸变现象。通过划分模拟空间,获得体系密度涨落特性,分析表明,临界点附近存在很大的密度涨落,且临界点前后密度涨落值呈现不对称特性;在CO₂分子上建立局部坐标,并定义了二聚体构型三参数描述方法,该描述方法能够全面描述二聚体构型分布,模拟结果显示在平行构型、T构型及十字构型中,T构型出现概率最高,3种构型的转变与物性畸变或存在紧密关联。      

超临界压力下CO_2在螺旋管中沿程传热的实验研究

在热流密度q=0~25 kW/m2、质量流速G=10~262 kg/(m2·s)及入口压力Pin=8~9 MPa的实验参数范围内,研究超临界压力CO2在螺旋管中上升流动的传热特性,分析质量流速、热流密度及入口压力对换热系数的影响规律。结果表明,沿程换热系数总体呈先上升后下降的趋势,极大值发生在主流平均温度小于准临界温度而壁温大于准临界温度条件下;在换热系数上升段,沿程近壁区流体比热容增加引起的单位体积流体换热能力增强以及粘度减小引起的热边界层减薄是传热强化的主要因素;当近壁区CO2发生类液态到类气态的转变时,其比热容和导热系数减小是换热系数下降的主导因素。对于物性变化剧烈的超临界流体传热,Nu数仅作为对流与导热相对大小的度量,其数值大小不能客观反映实际换热能力的强弱。     

Effect of Endgrain Attack on Corrosion of 18Cr-10Ni Austenitic Stainless Steel in Simulated Dissolver Liquor

The exposed endgrain of austenitic stainless steels displays significantly inferior corrosion resistance toward the rolling direction in nitric acid solutions. Endgrain attack is often accompanied by preferential localised corrosion which produces features similar to pitting corrosion. From the viewpoint of average corrosion rate and penetration depth the effect of endgrain attack on the corrosion of 18Cr-10Ni austenitic stainless was investigated in simulated dissolver liquor under non-boiling conditions. The average corrosion rate of coupons was evaluated as a function of endgrain ratio to total surface area. In addition the effect of orientation with respect to the rolling direction was measured directly by observing the dimensional change of holes drilled into coupons. It was found that the proportion of exposed endgrain affected the coupon corrosion rate. From the hole growth measurements it was found that the average corrosion rate in the rolling direction was 2.3 mm/yr approximately 1.5 times higher than that of the vertical one on the surface. From sections the maximum extent of pitting penetration into the endgrain was estimated to be approximately 8.8 mm/yr.     

F/M钢在超临界水环境中的腐蚀性能

本文研究了F/M钢在超临界水（SCW）环境中的腐蚀性能。实验结果表明,F/M钢在SCW中的抗腐蚀性能较差,温度、溶氧浓度以及材料中的Cr含量对其腐蚀性能有较大影响。对12Cr表面进行盐浴复合处理（QPQ）、电镀Cr和磁控溅射Cr处理,以研究其对F/M钢在SCW中抗腐蚀性能的影响。研究表明,经电镀Cr和磁控溅射Cr处理的12Cr试样在SCW中具有优良的抗腐蚀性能,尤其是经磁控溅射Cr处理的试样,1 000 h后其表面氧化膜依然完整致密,而经QPQ的试样腐蚀严重。     

超临界CO2在螺旋管中的流动换热特性研究

超临界蒸发器应用到核电中,可大幅提高机组的热效率。超临界压力流体的热物性在准临界温度附近变化非常剧烈,会对其流动和换热产生很大的影响。研究超临界压力流体在螺旋管内的流动和换热规律,有利于对超临界螺旋管蒸发器的设计。本文采用RNG k-ε和SST k-ω模型对超临界CO₂在螺旋管中的流动换热情况进行了数值模拟,发现SST k-ω模型模拟结果与实验结果符合得更好。基于此模型,分析了不同进口质量流速及不同热流密度对管壁温和换热系数的影响,发现随着质量流速的减小、热流密度的增加,峰值向远离h_pc的一侧偏移。最后讨论并分析了周向壁温和换热系数的分布情况,发现壁温在φ＝315°处最高,需在实验操作或实际运行中加以监控,以保障螺旋管蒸发器的安全运行。     

FeCrAl铁素体不锈钢在压水堆水化学偏离工况下的应力腐蚀行为

采用慢应变速率拉伸（SSRT）试验方法,研究了FeCrAl铁素体不锈钢在偏离压水堆正常工况下的应力腐蚀行为。结果表明,在含有微量Cu²⁺与Cl^-的高温水介质中,应变速率为2×10^-7s^-1时,FeCrAl铁素体不锈钢将发生显著的应力腐蚀开裂;其在含Cu²⁺和Cl^-的高温水介质中的应力腐蚀开裂主要由点蚀导致。     

Long term nuclear power role under CO2 emission constraint

Global environmental issue including climate change is one of the important factors to outlook the 21st century energy mix. Future greenhouse gases emissions trajectory, such as CO2 emissions, has close relationship with nuclear power scenario. Therefore, nuclear power options consideration including phase out and continuous operation should be assessed under international CO2 emissions constraint. Simulations concerning energy sector behavior were conducted and the relationship among nuclear power generation scenarios, carbon certificate trade and potential economy effects was obtained.     

超临界二氧化碳模块化微型堆瞬态安全分析

超临界二氧化碳反应堆是一种极具潜力的新堆型,目前正处于概念设计阶段。本文以韩国科学技术院（KAIST）设计的超临界二氧化碳模块化微型堆（MMR）为研究对象,对一回路系统主要部件进行建模,并利用FORTRAN语言开发了适用于超临界二氧化碳反应堆的瞬态安全分析程序TRA_SCR。基于该程序,对KAIST MMR进行了稳态计算分析,验证了程序的正确性。同时,对部分无保护失流事故和无保护反应性引入事故进行了瞬态计算,获得了关键热工水力参数的瞬态特性。计算结果表明该反应堆系统具有较强的固有负反馈特性,且在所计算的事故中,包壳、燃料和冷却剂温度均未超出安全限值,表明了系统在上述事故下的安全性。但在上述无保护失流事故中,堆芯冷却剂出口温度接近安全限值,表明在该事故工况下,反应堆出口温度是制约系统安全性能的关键因素。