固態(tài)燃料釷基熔鹽堆采用氟鹽冷卻劑和球形燃料元件，其中球形燃料元件由石墨基體和TRISO（Tristructuralisotropic）顆粒組成。TRISO燃料顆粒由氧化鈾或者氧化釷核芯通過多層包覆制成，其中多層包覆體系包括多孔碳層、內(nèi)致密熱解碳層、碳化硅層和外致密熱解碳層。包覆層的制備是通過高溫噴動床化學(xué)氣相沉積裝置完成的，其是噴動床技術(shù)與化學(xué)氣相沉積法相結(jié)合的一種材料制備技術(shù)。通過載帶氣體將顆粒流化，進(jìn)入噴動床后反應(yīng)氣體在高溫下發(fā)生裂解，由此實現(xiàn)在顆粒表面沉積固體碳或者碳化硅包覆層。包覆層制備質(zhì)量的優(yōu)劣與包覆過程中噴動床的顆粒濃度分布、流型以及循環(huán)軌跡等氣固流動特性密切相關(guān)，研究噴動床的氣固流動特性有助于核燃料包覆裝置的設(shè)計和制備工藝的優(yōu)化。 核燃料包覆噴動床具有顆粒密度大和床層低的特點，在床型上屬于重顆粒淺床噴動床。本研究根據(jù)核燃料包覆噴動床床型特點，使用商業(yè)計算流體力學(xué)軟件Fluent建模，基于擬流體模型數(shù)值模擬方法，研究核燃料包覆噴動床的氣固流動特性。首先考察不同的顆粒摩擦堆積限、顆�；謴�(fù)因子和曳力模型對數(shù)值模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明應(yīng)用顆粒摩擦堆積限為最大顆粒填充率、顆�；謴�(fù)因子為0.9以及曳力模型為Gidaspow模型時，模擬出的噴泉高度和床體壓降信號與實驗結(jié)果最為接近，此時數(shù)值模擬結(jié)果能反映出核燃料包覆噴動床氣固流動行為。其次應(yīng)用得到實驗校驗的模型考察錐角角度和氣流速度對核燃料包覆噴動床氣固流動特性的影響。結(jié)果表明60錐角核燃料噴動床的氣固接觸效率較高，不存在床層上浮現(xiàn)象，且顆粒與床壁的碰撞不明顯。不同的氣流速度引起不同的顆粒碰撞現(xiàn)象，當(dāng)氣流速度為1.5Ums時，氣固接觸較高且顆粒未與床壁發(fā)生明顯的碰撞。之后研究了包覆過程中顆粒性質(zhì)的改變（直徑增大，密度減�。⿲妱哟矚夤塘鲃犹匦缘挠绊懀l(fā)現(xiàn)隨著緩沖層包覆過程中顆粒性質(zhì)的改變，噴泉高度減小，噴射區(qū)中的顆粒數(shù)量減小，噴射區(qū)中的氣體升溫速率降低，由此影響包覆效率。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL426;TL352
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
1 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 固態(tài)熔鹽堆
        1.1.2 TRISO 包覆顆粒
        1.1.3 噴動床的概況
    1.2 噴動床氣固流動數(shù)值模擬
        1.2.1 離散元模型
        1.2.2 擬流體模型
    1.3 目前研究現(xiàn)狀
    1.4 研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排
    參考文獻(xiàn)
2 實驗與數(shù)值模擬方法
    2.1 實驗系統(tǒng)
        2.1.1 實驗裝置
        2.1.2 實驗物料
        2.1.3 實驗方法
        2.1.4 實驗步驟
    2.2 數(shù)值模擬方法
        2.2.1 計算模型與計算工具介紹
        2.2.2 計算網(wǎng)格劃分
        2.2.3 計算參數(shù)與設(shè)置
        2.2.4 初始條件與邊界條件設(shè)置
    2.3 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
3 噴動床氣固流動模擬結(jié)果可靠性分析
    3.1 模擬各參數(shù)對模擬結(jié)果的影響
        3.1.1 顆粒摩擦堆積限
        3.1.2 顆粒恢復(fù)因子
        3.1.3 曳力模型
    3.2 模擬結(jié)果的實驗驗證
        3.2.1 顆粒分布
        3.2.2 最小噴動速度
        3.2.3 壓降信號
    3.3 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
4 核燃料包覆噴動床氣固流動特性分析
    4.1 錐角角度對氣固流動特性的影響
        4.1.1 靜止床層高度相同
        4.1.2 物料質(zhì)量相同
    4.2 氣體流速對氣固流動特性的影響
    4.3 TRISO 顆粒包覆噴動床氣固流動特性
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
碩士發(fā)表論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 賀俊,鄒彥文,梁彤翔,邱學(xué)良;HTR-10球形燃料元件制造工藝[J];核動力工程;2002年02期

2 楊林;劉兵;邵友林;梁彤祥;唐春和;;高溫氣冷堆包覆燃料顆粒破損機制及失效模型[J];核科學(xué)與工程;2010年03期

3 江綿恒;徐洪杰;戴志敏;;未來先進(jìn)核裂變能——TMSR核能系統(tǒng)[J];中國科學(xué)院院刊;2012年03期

4 唐春和;;HTR-10燃料元件的制造和發(fā)展趨勢[J];核標(biāo)準(zhǔn)計量與質(zhì)量;2006年03期

5 徐小平,朱鈞國,楊冰,張秉忠,潘金生;燃料顆粒包覆過程冷態(tài)模擬的壓強研究[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1998年07期

6 朱鈞國,楊冰,張秉忠,邵友林,梁彤翔,孫利峰,呂慶軍;10MW高溫氣冷堆首次裝料的包覆燃料顆粒研制[J];原子能科學(xué)技術(shù);2003年S1期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 龔希武;新型多噴口環(huán)形噴動床的實驗研究與數(shù)值模擬[D];上海交通大學(xué);2008年

本文編號：2827157