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用于氧化物熔池傳熱特性研究的感應(yīng)加熱技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2020-12-07 21:16
  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】:

用于氧化物熔池傳熱特性研究的感應(yīng)加熱技術(shù)


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

冷坩堝,結(jié)構(gòu)示意圖,坩堝


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

計(jì)算模型,坩堝


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

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