【摘要】：石墨由于具有良好的中子慢化性能,高溫力學(xué)性能和輻照性能作為高溫氣冷堆的結(jié)構(gòu)材料和慢化劑在堆內(nèi)大量使用。然而在高溫氣冷堆正常運(yùn)行情況下,除了燃料元件之間的摩擦磨損會(huì)產(chǎn)生一定量的石墨粉塵之外,石墨與一回路冷卻劑中雜質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)也產(chǎn)生了不容忽視的粉塵量,這些石墨粉塵會(huì)對(duì)高溫氣冷堆的運(yùn)行產(chǎn)生重要影響。氦氣雜質(zhì)在堆芯高溫下與石墨反應(yīng),而后在蒸汽發(fā)生器內(nèi)較低溫度下發(fā)生逆向反應(yīng)產(chǎn)生石墨粉塵,使得石墨粉塵從反應(yīng)堆的高溫區(qū)域向低溫區(qū)域遷移,本文通過化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法建立理想模型對(duì)此化學(xué)遷移機(jī)理進(jìn)行了理論研究。首先利用化學(xué)熱力學(xué)方法證明了在理想模型下,石墨粉塵會(huì)在堆芯高溫區(qū)域與氦氣中的H_2O和O2等反應(yīng)發(fā)生生成CO和H_2等,然后在低溫區(qū)域(蒸汽發(fā)生器)發(fā)生逆向反應(yīng)生成C。并且就堆芯溫度、H_2、CO和H_2O初始濃度對(duì)石墨粉塵化學(xué)遷移過程的影響進(jìn)行了研究。研究表明,堆芯溫度越高,初始H_2O濃度越高對(duì)石墨粉塵化學(xué)遷移量越有利;H_2和CO初始濃度的提高也會(huì)使蒸汽發(fā)生器內(nèi)石墨粉塵的生成量增多;并且這些研究結(jié)果表明石墨粉塵的化學(xué)遷移量主要受石墨和H_2O反應(yīng)控制。考慮化學(xué)反應(yīng)時(shí)間和化學(xué)反應(yīng)速度對(duì)反應(yīng)平衡的影響,本文進(jìn)一步通過化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法研究了理想模型下,高溫區(qū)堆芯和低溫區(qū)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)過程,并主要針對(duì)石墨和H_2O反應(yīng)對(duì)石墨粉塵的化學(xué)遷移過程進(jìn)行了化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究。計(jì)算得到了理想模型下氦氣雜質(zhì)在堆芯1000℃反應(yīng)2s后,進(jìn)入750℃溫度區(qū)域反應(yīng)后的石墨粉塵生成量。并且根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法研究了堆芯溫度和H_2、CO和H_2O初始濃度對(duì)石墨化學(xué)遷移量的影響,定量的說明了堆芯溫度增高和H_2O初始濃度增多對(duì)石墨化學(xué)遷移越有利,以及CO和H_2初始濃度增加會(huì)使蒸汽發(fā)生器內(nèi)C的生成量增加。此外,研究得到蒸汽發(fā)生器溫度和堆芯內(nèi)反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)結(jié)果也具有一定影響。由于本文采用的是理想模型,所以對(duì)石墨粉塵的遷移研究會(huì)存在偏差,還需要進(jìn)一步引入堆芯和蒸汽發(fā)生器溫度場(chǎng),采用更完善的表面化學(xué)機(jī)理研究,從而對(duì)石墨粉塵的化學(xué)遷移過程進(jìn)行比較深入地研究計(jì)算。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL424

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本文編號(hào)：2714802