高溫高壓滲流傳熱機(jī)理及其對(duì)燃料熱預(yù)處理過(guò)程的影響項(xiàng)目摘要

用三維逾滲網(wǎng)絡(luò)模擬顆粒床層的孔隙結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試方法研究多孔介質(zhì)中滲流與傳熱相互作用，以及高溫高壓熱滲透對(duì)顆粒層燃料熱化工和輸運(yùn)過(guò)程的影響，建立含反應(yīng)多孔介質(zhì)中高溫高壓滲流傳熱理論模型，探索在顆粒給料系統(tǒng)中通過(guò)高強(qiáng)度熱滲透對(duì)燃料進(jìn)行瞬態(tài)熱預(yù)處理的方法，以指導(dǎo)實(shí)際給料機(jī)的設(shè)計(jì)和新一代燃料給料系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 2100433B

影響沸騰傳熱過(guò)程的因素很多，包括液體和蒸氣的性質(zhì)、加熱面的表面物理性質(zhì)和粗糙程度，尤其重要的是液體對(duì)表面的潤(rùn)濕性以及操作壓力和溫度差。在泡核沸騰范圍內(nèi)，溫度差越大，傳熱分系數(shù)也越大。加熱壁面粗糙和能被液體潤(rùn)濕時(shí)，也能使傳熱分系數(shù)增大。據(jù)此，將細(xì)小金屬顆粒沉積于金屬板或管上，制成金屬多孔表面，可使沸騰傳熱分系數(shù)提高十幾倍至幾十倍。2100433B

高溫金屬熔體在凝固時(shí)的相變是原子由無(wú)序狀態(tài)向有序排列的轉(zhuǎn)變過(guò)程。伴隨相變反應(yīng)同時(shí)還發(fā)生釋放熱能和熱能傳遞等傳熱過(guò)程、元素偏析和氣體析出等傳質(zhì)過(guò)程。凝固過(guò)程金屬體積會(huì)出現(xiàn)顯著變化。

一般鐵合金凝固的溫度低于其熔點(diǎn)。金屬開(kāi)始凝固的溫度低于其熔點(diǎn)的現(xiàn)象稱為過(guò)冷。熔體的過(guò)冷度隨著冷卻速度的提高而增大。金屬凝固是晶粒的形成和長(zhǎng)大的過(guò)程。這一過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力是固相和液相的自由能差值。熔體只有具備一定的過(guò)冷度才具備凝固過(guò)程的所需要的驅(qū)動(dòng)力。過(guò)冷度越高驅(qū)動(dòng)力越大，金屬凝固速度越快。形核的阻力是液相和固相的界面能，即形核的表面能。

在冷卻速度非常高時(shí)液態(tài)金屬無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)會(huì)保存下來(lái)生成具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)合金。非晶態(tài)合金又稱金屬玻璃，通常是由鐵、鎳、硅、硼元素等鐵合金制成。由于原子排列的特殊結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)合金不僅具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性，而且還表現(xiàn)出優(yōu)良的軟磁性能以及超導(dǎo)特性。

一些雜質(zhì)元素在金屬固相中的溶解度比液相低。因此，在合金由液相向固相轉(zhuǎn)變時(shí)，溶解度低的雜質(zhì)元素會(huì)從固相分離出來(lái)，富集在液相中，使鐵合金產(chǎn)出現(xiàn)偏析。

大多數(shù)鐵合金的固相密度比液相小5%～10%。凝固后鐵錠外表面會(huì)出現(xiàn)收縮或縮孔，內(nèi)部出現(xiàn)疏松及裂隙。氣體元素在固相中的溶解度隨溫度降低而降低。凝固時(shí)分離出來(lái)的氣體被固化在合金錠內(nèi)部形成明顯的氣孔或結(jié)構(gòu)疏松。

金屬在凝固時(shí)放出的熱能數(shù)值上相當(dāng)于其熔化熱。鐵合金凝固過(guò)程放出的熱能通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射傳遞給錠模和周圍環(huán)境。金屬硅的熔化熱約為鐵、錳等黑色金屬熔化熱的5倍。金屬硅和硅鐵等硅系鐵合金凝固時(shí)放出的大量熱能顯著降低其冷凝速度，使硅系鐵合金更易出現(xiàn)元素偏析。此外，硅系鐵合金凝固放熱傳遞到錠模，使錠模溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致錠模損毀。為了加快錠模冷卻需要使用模鐵比高的錠模澆注硅系鐵合金。