Моделирование высокотемпературного окисления циркониевых сплавов в смеси газов азота, кислорода и пара

28.03.2023 2023 - №01 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

А.П. Долгодворов

https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.12

Представлена корреляционная модель высокотемпературного окисления циркониевых сплавов смесью газов – пара, азота и кислорода – для расчета привеса окисляемого образца. Сущность модели состоит в применении линейной интерполяции между константами скорости реакции для окисления в чистых газах в описании кинетики окисления в смесях. Подход позволяет описывать привес кислорода при различном содержании газов в смесях пара, азота и кислорода. Выполнена валидация модели на экспериментальных данных по окислению в смеси пара и воздуха в соотношении 50% – 50% по объему. Для температур 1200 и 1400°C до момента времени 625 c отличие экспериментальных значений от расчетных данных составляет не более 18%, для температуры 800°C вплоть до момента времени 14 ч отличие экспериментальных значений от расчетных составляет не более 40%. Приведены результаты расчетов привеса в рамках предложенной модели (помимо смеси пара и воздуха) при окислении в смеси кислорода и азота, а также пара и кислорода при температурах 800 и 1400°C.

Ссылки

1. Kim D., Yook H., Keum K., Lee Y. TRANOX: Model for Non-Isothermal Steam Oxidation of Zircaloy Cladding. // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – Vol. 556. – 12 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153153 .
2. Gestin M., Mermoux M., Coindreau O., Duriez C., Pijolat M., Peres V., Favergeon L. Experimental Study of Oxidation in Oxygen, Nitrogen and Steam Mixtures at 850°C of Pre-Oxidized Zircaloy-4. // Journal of Nuclear Materials. – 2019. – Vol. 519. – PP. 302-314. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.03.020 .
3. Steinbruck M., Bottcher M. Air Oxidation of Zircaloy-4, M5 and ZIRLO Cladding Alloys at High Temperatures. // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Vol. 414. – PP. 276-285. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.04.012 .
4. Steinbruck M., da Silva F.O., Grosse M. Oxidation of Zircaloy-4 in Steam-Nitrogen Mixtures at 600 – 1200°C. // Journal of Nuclear Materials. – 2017. – Vol. 490. – PP. 226-237. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.04.034 .
5. Leistikow S., Schanz G. The Oxidation Behavior of Zircaloy-4 in Steam Between 600 and 1600°C. // Materials and Corrosion. – 1985. – Vol. 36. – Iss. 3. – PP. 105-116. DOI: https://doi.org/10.1002/maco.19850360302 .
6. Uetsuka H., Hofmann P. Reaction Kinetics of Zircaloy-4 in a 25% O2/75% Ar Gas Mixture Under Isothermal Conditions. // Forschungszentrum Karlsruhe Report KfK 3917, May 1985. – 45 p. Электронный ресурс: https://publikationen.bibliothek.kit.edu/270021279 (дата доступа 23.10.2022).
7. Stempniewicz M.M. Air Oxidation of Zircaloy, Part 2: New Model for Zry-4 Oxidation. // Nuclear Engineering and Design. – 2016. – Vol. 301. – PP. 412-422. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2016.02.041 .
8. Steinbruck M. Prototypical Experiments Relating to Air Oxidation of Zircaloy-4 at High Temperatures. // Journal of Nuclear Materials. – 2009. – Vol. 392. – PP. 531-544. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2009.04.018 .
9. Асмолов В.Г., Смирнов В.П., Лещенко А.Ю., Кузьмин И.В., Покровский А.С., Кобылянский Г.П., Харьков Д.В.Поведение сплава Э125 при высокотемпературномокислении. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2013. – № 3. – C. 52-61. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2013.3.07 .

окисление циркониевых сплавов смеси газов корреляционная модель

Ссылка для цитирования статьи: Долгодворов А.П. Моделирование высокотемпературного окисления циркониевых сплавов в смеси газов азота, кислорода и пара. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 1. – С. 144-152. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.12 .