混混合传导模型是描述腐蚀产物活化、迁移及沉积的宏观输运过程,也用于描述材料的微观腐蚀过程。
研究背景及研究现状随着AP1000核电技术的引进消化吸收,反应堆一回路冷却剂加锌技术也首次引入到国内。因此,自主研究一回路冷却剂加锌技术对系统结构材料氧化膜特征的影响及其作用机理,进一步获得加锌技术对一回路结构材料腐蚀产物迁移、活化过程的影响具有重要的理论和工程实际意义。国外电厂运行经验表明,反应堆冷却剂中锌的添加能够减少一回路结构材料的持续腐蚀从而减少腐蚀产物释放和腐蚀积垢物/沉积引起的电厂剂量率。国外在反应堆一回路冷却剂加锌技术以及腐蚀活化迁移方面均做了大量的研究:不仅有分析加锌对微观尺度的材料表面氧化层生长机理影响的研究,也有宏观尺度的对反应堆一回路腐蚀产物迁移活化过程的经验、半经验模型的研究。前者如目前国际腐蚀微观定量计算研究领域前沿的“混合传导模型”(MCM);而后者目前在核工程比较发达的美国、法国、日本等都有自己相应的源项计算模型,如日本开发的ACE-II模型、韩国开发的CRUDTRAN 模型、捷克的计算机程序DISER、匈牙利的开发的RADTRAN、法国开发的PACTOLE模型等。然而,前者侧重于机理性研究,很难在工程实践中直接应用;后者大多为经验模型,在描述腐蚀微观机理方面存在一定缺陷,并且目前还没有涉及加锌过程的反应堆一回路腐蚀产物的迁移活化半经验模型得到发表。的研究目标正是联合微观MCM 模型与宏观输运模型以获得能够定量评估加锌对一回路放射性水平分布影响的模型。
系统分区与分区节点为了定量描述一回路系统内腐蚀产物的产生、释放、迁移与沉积,对一回路系统进行分区化处理。针对AP1000型核电站一回路系统特性,综合考虑系统内结构材料、流动状态、温度、中子通量等条件,将一回路分为45个区。其中堆芯区域分割成16个区(包含上下腔室堆内构件以及燃料),每台蒸汽发生器分割为9个区(包含出入口腔室以及一次侧传热管),每一冷/热管段、每台主泵以及稳压器均各简化为1个区。在每个分区中分别考虑基底金属、内氧化层、外氧化层、沉积层、冷却剂中颗粒物、冷却剂中可溶离子和过滤这七个节点的相互作用。在具体进行节点质量平衡计算时,把过滤净化效应作为一个恒定系数考虑,把MCM 模型作为一整个宏观节点考虑。1
混合传导的节点间迁移建模腐蚀产物在冷却剂中以溶解腐蚀产物和颗粒物腐蚀产物的形式存在。在反应堆正常运行情况下,一般认为一回路中水化学状况稳定,因此仅考虑由于温度造成的溶解度不同而形成的两种形式腐蚀产物的相互转化,即在溶解腐蚀产物过饱和区域,溶解腐蚀产物开始析出,形成颗粒物腐蚀产物;在溶解腐蚀产物欠饱和区域,颗粒物腐蚀产物开始溶解,转化成溶解腐蚀产物。通常运行一段时间后腐蚀产物总量总大于它们在冷却剂中的总饱和度,因此腐蚀产物在相应冷却剂温度下通常是饱和的。故在节点相互作用中不考虑颗粒物的溶解过程。
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胡建平 - 副教授 - 西北工业大学