论文题目: 10MW高温气冷堆中石墨粉尘行为研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 核科学与技术
作者: 雒晓卫
导师: 于溯源
关键词: 石墨粉尘,摩擦,磨损,凝并,沉积
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 论文首次以10MW 高温气冷实验堆(HTR-10)为研究对象,较为全面地研究了球床高温气冷堆中特有的现象——石墨粉尘行为,包括石墨粉尘的产生、发展、沉积以及石墨粉尘束缚的放射性对环境的影响等。论文的主要研究内容和研究结果包括以下几个方面: 1. 利用SRV 标准摩擦磨损试验机,研究了HTR-10 用石墨IG-11 的摩擦性能,给出了石墨IG-11 摩擦性能随滑动距离、滑动速度、载荷、环境气氛、温度以及表面粗糙度的变化情况,并对各种摩擦现象进行了理论分析; 2. 利用SRV 标准摩擦磨损试验机,研究了石墨IG-11 磨损性能,考察了温度、载荷和环境气氛对石墨磨损性能的影响,并对各种磨损现象进行了理论分析。同时借助扫描电子显微镜和粒度分析软件,对磨损过程中产生的石墨磨屑进行了粒度分析,给出了不同条件下石墨磨屑尺寸的频率密度分布; 3. 在试验的基础之上,结合HTR-10 的结构以及反应堆正常运行时的工况,合理地估算了HTR-10 中石墨粉尘的产生速率为2.74kg/年,给出了石墨粉尘粒度分布的初始频率密度分布; 4. 利用颗粒动力学理论,研究了颗粒系统中的碰撞与凝并现象,并计算了氦气流中石墨粉尘的凝并现象,给出了反应堆正常运行时石墨粉尘粒度分布的频率密度曲线,发现石墨粉尘在氦气流中的凝并现象并不严重; 5. 利用理论分析方法研究了颗粒在层流圆管、紊流圆管以及层流状态下变温度竖直壁面的沉积情况,给出了计算颗粒沉积率的方法,并通过已有的试验数据对理论分析的结果进行了验证。在此基础上,考查了10MW 高温气冷试验堆中石墨粉尘在热气导管中的沉积情况,计算发现石墨粉尘在热气导管中的沉积率非常小,仅为0.00017; 6. 对石墨粉尘束缚的放射性进行了分析,计算了失压失冷事故下石墨粉尘向环境释放的放射性活度。
论文目录:
摘要
Abstract(英文摘要)
第一章 引言
1.1 课题背景
1.1.1 核能的发展
1.1.2 我国核能和高温气冷堆的发展
1.1.3 高温气冷堆的特点
1.1.4 选题背景
1.1.5 研究内容与意义
1.2 研究现状
1.2.1 石墨摩擦磨损性能研究
1.2.2 石墨粉尘产生量的估算
1.2.3 石墨粉尘在氦气流中的发展
1.2.4 石墨粉尘的沉积
1.2.5 石墨粉尘束缚的放射性
第二章 石墨摩擦性能
2.1 反应堆中石墨的状态
2.2 试验
2.2.1 试验台与操作规程
2.2.2 试验材料和试件
2.2.3 试验条件
2.3 滑动距离对摩擦性能的影响
2.3.1 试验结果
2.3.2 结果分析
2.4 滑动速度对摩擦性能的影响
2.4.1 试验结果
2.4.2 结果分析
2.5 摩擦系数随载荷的变化
2.5.1 试验结果
2.5.2 结果分析
2.6 不同气氛的影响
2.6.1 试验结果
2.6.2 摩擦表面分析
2.6.3 结果讨论
2.7 温度对摩擦性能的影响
2.7.1 试验结果
2.7.2 结果分析
2.8 粗糙度对摩擦性能的影响
2.8.1 不同粗糙度试件的加工
2.8.2 实验结果
2.8.3 摩擦表面分析
2.8.4 结果讨论
2.9 小结
第三章 石墨磨损性能
3.1 试验
3.1.1 试验台和试件
3.1.2 操作规程
3.2 温度对石墨磨损性能的影响
3.2.1 试验结果
3.2.2 磨损表面分析
3.2.3 磨屑粒度分析
3.2.4 试验结果讨论
3.3 载荷对石墨磨损性能的影响
3.3.1 试验结果和讨论
3.3.2 磨损表面分析
3.3.3 磨屑粒度分析
3.4 环境气氛对石墨磨损性能的影响
3.4.1 试验结果
3.4.2 磨损表面分析
3.4.3 磨屑的粒度分析
3.4.4 试验结果讨论
3.5 小结
第四章 HTR-10 石墨粉尘产生量估算
4.1 石墨堆内构件
4.2 燃料元件
4.3 石墨粉尘的产生
4.4 石墨构件的状态
4.4.1 温度
4.4.2 载荷
4.4.3 移动距离
4.5 石墨粉尘估算
4.6 石墨粉尘的粒度分布
4.7 小结
第五章 石墨粉尘在氦气流中的发展
5.1 气溶胶简介
5.2 碰撞与凝并
5.2.1 碰撞频率函数
5.2.2 凝并方程
5.2.3 自保持现象
5.3 凝并方程的求解
5.3.1 离散-分区模型介绍
5.3.2 气溶胶体系的通用属性
5.3.3 离散区与分区颗粒凝并时的属性变化
5.3.4 离散-分区模型的凝并方程
5.3.5 凝并方程的无量纲化
5.3.6 无量纲化碰撞积分系数的计算
5.4 数量浓度谱以及分区的积分属性
5.4.1 一般属性到数量浓度谱的转换
5.4.2 基于数量的分区模型的属性计算
5.4.3 基于体积的分区模型的属性计算
5.4.4 基于体积平方的分区模型的属性计算
5.5 单谱分布颗粒的凝并计算
5.5.1 自由分子区的自保持分布
5.5.2 连续区的自保持分布
5.6 多谱分布颗粒的凝并计算
5.7 HTR-10 氦气流中石墨粉尘的凝并
5.8 小结
第六章 石墨粉尘的沉积
6.1 颗粒在层流圆管中的沉积
6.1.1 理论背景
6.1.2 理论方程
6.1.3 外力产生的颗粒速度
6.1.4 无量纲化
6.1.5 数值求解方法
6.1.6 计算结果
6.1.7 外力作用下的颗粒沉积
6.1.8 小结
6.2 颗粒在紊流圆管中的沉积
6.2.1 理论背景
6.2.1 紊流沉积
6.2.3 热泳沉积
6.2.4 不同沉积机理的耦合
6.2.5 计算结果验证
6.2.6 小结
6.3 层流状态下变温度竖直壁面的颗粒沉积
6.3.1 理论背景
6.3.2 物理模型
6.3.2 物理方程
6.3.3 求解与分析
6.3.4 小结
6.4 石墨粉尘在热气导管中的沉积
6.4.1 热气导管
6.4.2 石墨粉尘在热气导管中的沉积
6.4.3 讨论
6.5 小结
第七章 石墨粉尘放射性评估
7.1 主要的放射性核素
7.2 石墨束缚的放射性计算
7.2.1 一回路的放射性活度
7.2.2 石墨粉尘束缚的放射性份额
结论
参考文献
致谢及声明
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文
发布时间: 2005-11-16
参考文献
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