【摘要】：石墨由于具有良好的中子慢化性能,高溫力學性能和輻照性能作為高溫氣冷堆的結構材料和慢化劑在堆內大量使用。然而在高溫氣冷堆正常運行情況下,除了燃料元件之間的摩擦磨損會產生一定量的石墨粉塵之外,石墨與一回路冷卻劑中雜質的化學反應也產生了不容忽視的粉塵量,這些石墨粉塵會對高溫氣冷堆的運行產生重要影響。氦氣雜質在堆芯高溫下與石墨反應,而后在蒸汽發(fā)生器內較低溫度下發(fā)生逆向反應產生石墨粉塵,使得石墨粉塵從反應堆的高溫區(qū)域向低溫區(qū)域遷移,本文通過化學熱力學和化學動力學方法建立理想模型對此化學遷移機理進行了理論研究。首先利用化學熱力學方法證明了在理想模型下,石墨粉塵會在堆芯高溫區(qū)域與氦氣中的H_2O和O2等反應發(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)生逆向反應生成C。并且就堆芯溫度、H_2、CO和H_2O初始濃度對石墨粉塵化學遷移過程的影響進行了研究。研究表明,堆芯溫度越高,初始H_2O濃度越高對石墨粉塵化學遷移量越有利;H_2和CO初始濃度的提高也會使蒸汽發(fā)生器內石墨粉塵的生成量增多;并且這些研究結果表明石墨粉塵的化學遷移量主要受石墨和H_2O反應控制。考慮化學反應時間和化學反應速度對反應平衡的影響,本文進一步通過化學動力學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)生器內的化學反應過程,并主要針對石墨和H_2O反應對石墨粉塵的化學遷移過程進行了化學動力學研究。計算得到了理想模型下氦氣雜質在堆芯1000℃反應2s后,進入750℃溫度區(qū)域反應后的石墨粉塵生成量。并且根據化學動力學方法研究了堆芯溫度和H_2、CO和H_2O初始濃度對石墨化學遷移量的影響,定量的說明了堆芯溫度增高和H_2O初始濃度增多對石墨化學遷移越有利,以及CO和H_2初始濃度增加會使蒸汽發(fā)生器內C的生成量增加。此外,研究得到蒸汽發(fā)生器溫度和堆芯內反應時間對反應結果也具有一定影響。由于本文采用的是理想模型,所以對石墨粉塵的遷移研究會存在偏差,還需要進一步引入堆芯和蒸汽發(fā)生器溫度場,采用更完善的表面化學機理研究,從而對石墨粉塵的化學遷移過程進行比較深入地研究計算。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TL424

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