基于相场方法的铀枝晶生长电化学-流场耦合研究

铀枝晶生长是导致乏燃料后处理电解精炼装置发生意外短路的潜在威胁因素，同时会使铀产物夹杂大量熔盐，影响产物纯度。为了更好地理解铀枝晶生长的微观机理，掌握阴极沉积形貌的控制方法，基于相场方法建立了铀在阴极的电沉积模型，研究了铀枝晶的底部沉积宽度、主枝晶干高度和总沉积面积等形貌参数对流场速度变化的依赖规律。发现外加流场的引入会使铀枝晶的底部沉积宽度降低37.18%，主枝晶干高度降低30.5%，总沉积面积降低49.3%。说明外加流场可以抑制铀枝晶生长，改善铀沉积形貌，但同时也会使破碎的枝晶须重新溶解到熔盐体系中，降低铀电解精炼效率。另外，通过对流场与电解电压、初始浓度等沉积条件耦合影响下铀枝晶形貌特征相图的分析可知，在实际电解精炼过程中，应在保证电解精炼效率的基础上尽量选择高初始浓度和高电解电压的沉积条件，同时设置合理的流场速度以获得理想的铀枝晶沉积形貌。