本文分析了冷坩堝感應(yīng)加熱技術(shù)對(duì)氧化物熔池傳熱特性研究的適用性,進(jìn)而對(duì)傳統(tǒng)冷坩堝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。使用數(shù)值模擬方法對(duì)改進(jìn)后的冷坩堝內(nèi)部焦耳熱和洛倫茲力進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明:電源頻率越低,焦耳熱分布越均勻,同時(shí)冷坩堝產(chǎn)生的焦耳熱占電源功率的比重越低,越有利于測(cè)算熔池壁面的熱流密度;相比于熔池自然對(duì)流的驅(qū)動(dòng)力,熔池受到電磁場(chǎng)的洛倫茲力可忽略不計(jì),洛倫茲力不會(huì)對(duì)氧化物熔池的傳熱和流動(dòng)產(chǎn)生顯著影響。 

【文章來源】：原子能科學(xué)技術(shù). 2015年10期 第1860-1864頁(yè) 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１ＲＡＳＰＬＡＶ試驗(yàn)的冷坩堝感應(yīng)加熱設(shè)備Ｆｉｇ．１Ｃｏｌｄ－ｃｒｕｃｉｂｌｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｅｌｔｅｒｕｓｅｄ

平環(huán)繞方式，通過測(cè)量不同水平高度（即極角）的冷卻水換熱量，計(jì)算得出氧化物熔池的壁面熱流密度。３）冷坩堝材料選用絕緣性好的陶瓷材料傳統(tǒng)冷坩堝采用銅管圍成，借助銅管間的縫隙可增加磁場(chǎng)的穿透深度，達(dá)到內(nèi)加熱的目的。當(dāng)冷坩堝采用水平環(huán)繞方式冷卻時(shí)，若使用金屬導(dǎo)體制成冷卻水流道，由于縫隙的方向變?yōu)樗椒较�，無(wú)法使磁場(chǎng)投入到坩堝內(nèi)部，金屬流道反而會(huì)起到屏蔽磁場(chǎng)的作用，所以需使用陶瓷材料制作坩堝。陶瓷材料需有高的導(dǎo)熱系數(shù)，若導(dǎo)熱系數(shù)過低，坩堝內(nèi)不會(huì)形成殼層。改進(jìn)后的冷坩堝結(jié)構(gòu)示意圖如圖２所示。坩堝由陶瓷材料制成，形狀與壓力容器下封頭相似，并在不同的極角位置設(shè)置了冷卻水流道。圖２改進(jìn)后的冷坩堝結(jié)構(gòu)示意圖Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｌｄ－ｃｒｕｃｉｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ圖３２Ｄ計(jì)算模型Ｆｉｇ．３２Ｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ３數(shù)值計(jì)算模型經(jīng)改進(jìn)的冷坩堝為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以在模擬計(jì)算中使用１／２圓的２Ｄ幾何模型。使用商業(yè)軟件ＡＮＳＹＳ進(jìn)行計(jì)算分析，所建立的２Ｄ模型如圖３所示。坩堝內(nèi)半徑為１５０ｍｍ，外半徑為１６１ｍｍ，每１５°極角設(shè)置１條水平冷卻流道，共６條，流道為圓環(huán)形，壁厚為２ｍｍ，坩堝材料為陶瓷，電阻率設(shè)為０．８×１０－３Ω·ｍ。坩堝冷卻流道內(nèi)側(cè)設(shè)置了１ｍｍ厚的殼層，為電絕緣層。坩堝內(nèi)為氧化鈾和氧化鋯的混合物（質(zhì)量比為８∶２），熔池的電阻率設(shè)為４×１０－５Ω·ｍ［９］。５條感應(yīng)線圈布置在半徑為１７８．１３ｍｍ的圓周上，間距為１８°，內(nèi)徑為５．５ｍｍ，壁厚為

冷卻時(shí)，若使用金屬導(dǎo)體制成冷卻水流道，由于縫隙的方向變?yōu)樗椒较�，無(wú)法使磁場(chǎng)投入到坩堝內(nèi)部，金屬流道反而會(huì)起到屏蔽磁場(chǎng)的作用，所以需使用陶瓷材料制作坩堝。陶瓷材料需有高的導(dǎo)熱系數(shù)，若導(dǎo)熱系數(shù)過低，坩堝內(nèi)不會(huì)形成殼層。改進(jìn)后的冷坩堝結(jié)構(gòu)示意圖如圖２所示。坩堝由陶瓷材料制成，形狀與壓力容器下封頭相似，并在不同的極角位置設(shè)置了冷卻水流道。圖２改進(jìn)后的冷坩堝結(jié)構(gòu)示意圖Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｌｄ－ｃｒｕｃｉｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ圖３２Ｄ計(jì)算模型Ｆｉｇ．３２Ｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ３數(shù)值計(jì)算模型經(jīng)改進(jìn)的冷坩堝為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以在模擬計(jì)算中使用１／２圓的２Ｄ幾何模型。使用商業(yè)軟件ＡＮＳＹＳ進(jìn)行計(jì)算分析，所建立的２Ｄ模型如圖３所示。坩堝內(nèi)半徑為１５０ｍｍ，外半徑為１６１ｍｍ，每１５°極角設(shè)置１條水平冷卻流道，共６條，流道為圓環(huán)形，壁厚為２ｍｍ，坩堝材料為陶瓷，電阻率設(shè)為０．８×１０－３Ω·ｍ。坩堝冷卻流道內(nèi)側(cè)設(shè)置了１ｍｍ厚的殼層，為電絕緣層。坩堝內(nèi)為氧化鈾和氧化鋯的混合物（質(zhì)量比為８∶２），熔池的電阻率設(shè)為４×１０－５Ω·ｍ［９］。５條感應(yīng)線圈布置在半徑為１７８．１３ｍｍ的圓周上，間距為１８°，內(nèi)徑為５．５ｍｍ，壁厚為２．５ｍｍ，材料為紫銅。１８６２原子能科學(xué)技術(shù)第４９卷


本文編號(hào)：2903910