用于氧化物熔池传热特性研究的感应加热技术

发布时间：2020-12-07 21:16

　　本文分析了冷坩埚感应加热技术对氧化物熔池传热特性研究的适用性,进而对传统冷坩埚的结构进行了改进。使用数值模拟方法对改进后的冷坩埚内部焦耳热和洛伦兹力进行分析,分析结果表明:电源频率越低,焦耳热分布越均匀,同时冷坩埚产生的焦耳热占电源功率的比重越低,越有利于测算熔池壁面的热流密度;相比于熔池自然对流的驱动力,熔池受到电磁场的洛伦兹力可忽略不计,洛伦兹力不会对氧化物熔池的传热和流动产生显著影响。 

【文章来源】：原子能科学技术. 2015年10期 第1860-1864页 北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

图１ＲＡＳＰＬＡＶ试验的冷坩埚感应加热设备Ｆｉｇ．１Ｃｏｌｄ－ｃｒｕｃｉｂｌｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｅｌｔｅｒｕｓｅｄ

平环绕方式，通过测量不同水平高度（即极角）的冷却水换热量，计算得出氧化物熔池的壁面热流密度。３）冷坩埚材料选用绝缘性好的陶瓷材料传统冷坩埚采用铜管围成，借助铜管间的缝隙可增加磁场的穿透深度，达到内加热的目的。当冷坩埚采用水平环绕方式冷却时，若使用金属导体制成冷却水流道，由于缝隙的方向变为水平方向，无法使磁场投入到坩埚内部，金属流道反而会起到屏蔽磁场的作用，所以需使用陶瓷材料制作坩埚。陶瓷材料需有高的导热系数，若导热系数过低，坩埚内不会形成壳层。改进后的冷坩埚结构示意图如图２所示。坩埚由陶瓷材料制成，形状与压力容器下封头相似，并在不同的极角位置设置了冷却水流道。图２改进后的冷坩埚结构示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｌｄ－ｃｒｕｃｉｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ图３２Ｄ计算模型Ｆｉｇ．３２Ｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ３数值计算模型经改进的冷坩埚为轴对称结构，所以在模拟计算中使用１／２圆的２Ｄ几何模型。使用商业软件ＡＮＳＹＳ进行计算分析，所建立的２Ｄ模型如图３所示。坩埚内半径为１５０ｍｍ，外半径为１６１ｍｍ，每１５°极角设置１条水平冷却流道，共６条，流道为圆环形，壁厚为２ｍｍ，坩埚材料为陶瓷，电阻率设为０．８×１０－３Ω·ｍ。坩埚冷却流道内侧设置了１ｍｍ厚的壳层，为电绝缘层。坩埚内为氧化铀和氧化锆的混合物（质量比为８∶２），熔池的电阻率设为４×１０－５Ω·ｍ［９］。５条感应线圈布置在半径为１７８．１３ｍｍ的圆周上，间距为１８°，内径为５．５ｍｍ，壁厚为

冷却时，若使用金属导体制成冷却水流道，由于缝隙的方向变为水平方向，无法使磁场投入到坩埚内部，金属流道反而会起到屏蔽磁场的作用，所以需使用陶瓷材料制作坩埚。陶瓷材料需有高的导热系数，若导热系数过低，坩埚内不会形成壳层。改进后的冷坩埚结构示意图如图２所示。坩埚由陶瓷材料制成，形状与压力容器下封头相似，并在不同的极角位置设置了冷却水流道。图２改进后的冷坩埚结构示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｌｄ－ｃｒｕｃｉｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ图３２Ｄ计算模型Ｆｉｇ．３２Ｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ３数值计算模型经改进的冷坩埚为轴对称结构，所以在模拟计算中使用１／２圆的２Ｄ几何模型。使用商业软件ＡＮＳＹＳ进行计算分析，所建立的２Ｄ模型如图３所示。坩埚内半径为１５０ｍｍ，外半径为１６１ｍｍ，每１５°极角设置１条水平冷却流道，共６条，流道为圆环形，壁厚为２ｍｍ，坩埚材料为陶瓷，电阻率设为０．８×１０－３Ω·ｍ。坩埚冷却流道内侧设置了１ｍｍ厚的壳层，为电绝缘层。坩埚内为氧化铀和氧化锆的混合物（质量比为８∶２），熔池的电阻率设为４×１０－５Ω·ｍ［９］。５条感应线圈布置在半径为１７８．１３ｍｍ的圆周上，间距为１８°，内径为５．５ｍｍ，壁厚为２．５ｍｍ，材料为紫铜。１８６２原子能科学技术第４９卷


本文编号：2903910