Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Полуэмпирический прогностический расчет теплофизических свойств расплавов калия с натрием по данным их компонентов

25.03.2025 2025 - №01 Теплофизика и теплогидравлика

С.В. Терехов

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.1.03

УДК: 536+669.017.53+621.039

Применение жидкометаллических теплоносителей в ядерных энергетических установках вызывает постоянный интерес к теплофизическим свойствам металлов и их сплавов как у экспериментаторов, так и у теоретиков. Для аппроксимации температурных изменений теплоемкости, коэффициента теплового линейного (объемного) расширения и других величин экспериментаторы используют степенные полиномы. На разных температурных интервалах эти многочлены имеют разный вид и для получения целостной картины должны сшиваться на концах диапазонов. Такой подход создает ряд сложностей не только при разработке единой методики расчета тепловых функций металлов, но и для прогнозирования поведения их расплавов и сплавов. Для решения поставленной проблемы использованы авторская модель двухфазной (с разными параметрами порядка) локально-равновесной области и модифицированное правило смешения компонентов с учетом согласованных между собой массивов экспериментальных данных по исходным металлам для прогностического расчета теплофизических характеристик расплавов калия с натрием. Показано, что применение модели двухфазной локально-равновесной области, новых аппроксимирующих функций и эмпирических формул приводит к достаточно адекватной оценке теплоемкостей, коэффициентов теплового линейного расширения, плотностей, теплопроводностей и температуропроводностей расплавов. Установлено несоответствие между математическим описанием теплопроводности расплава K56Na44 и ее экспериментальными значениями.

Ссылки

  1. Новиков И.И., Соловьев А.Н., Хабахпашева Е.М., Груздев В.А., Приданцев А.И., Васенина М.Я. Теплоотдача и теплофизические свойства расплавленных щелочных металлов. Атомная энергия. 1956;1(4):92–106.
  2. Кириллов П.Л., Троянов М.Ф. Об одной ошибке в значениях теплоемкости сплавов натрия с калием. Атомная энергия. 1958;5(4):491.
  3. Руднев И.И., Ляшенко В.С., Абрамович М.Д. Температуропроводность натрия и лития. Атомная энергия. 1961;11(3):230–232.
  4. Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физикохимические основы применения жидкометаллических теплоносителей. М.: Атомиздат, 1970, 296 с.
  5. Алексеев В.А., Андреев А.А., Прохоренко В.Я. Электрические свойства жидких металлов и полупроводников. Успехи физических наук. 1972;106(3):393–429. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0106.197203a.0393
  6. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990, 360 с.
  7. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат, 2000, 456 с.
  8. Рачков В.И., Арнольдов М.Н., Ефанов А.Д., Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Логинов Н.И., Орлов Ю.И., Сорокин А.П. Использование жидких металлов в ядерной, термоядерной энергетике и других инновационных технологиях. Теплоэнергетика. 2014;5:20–30. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040363614050087
  9. Фокин Л.Р., Кулямина Е.Ю. Плотность жидкого калия на линии насыщения: краткая история длиною в 50 лет. Теплофизика высоких температур. 2021;59(5):679–685. DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364421050057
  10. Кузина Ю.А., Сорокин А.П., Дельнов В.Н., Денисова Н.А., Сорокин Г.А. Теплогидравлические исследования щелочных жидкометаллических теплоносителей в обоснование ядерных энергетических установок. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2022;2:49–61. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.2.05
  11. Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Асхадуллин Р.Ш., Алексеев В.В. Исследования физхимии и технологии щелочных жидкометаллических теплоносителей для ядерных и термоядерных энергетических установок. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2022;3:5–17. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.01
  12. Лякишев Н.П., Банных О.А., Рохлин Л.Л. и др. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник: В 3 т.: Т. 3. Кн. I. Под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001, 872 с. ISBN 5-217-02843-2 (Т. 3).
  13. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980, 320 с.
  14. Grimvall G. The Electron-phonon Interaction in Metals. Amsterdam; New York; Oxford: North-Holland, 1981, 304 p.
  15. Кошман В.С. Об одном подходе к обобщению опытных данных по теплофизическим свойствам элементов Периодической системы Д.И. Менделеева. Пермский аграрный вестник. 2014;2(6):35–42.
  16. Каганов М.И., Лифшиц И.М. Квазичастицы (идеи и принципы квантовой физики твердого тела). М.: Наука, 1976, 80 с.
  17. Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А. Квазичастицы в физике конденсированного состояния. М.: Физматлит, 2005, 632 с. ISBN 5-9221-0564-7.
  18. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989, 384 с.
  19. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и сплавов. Тепловые свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1985, 437 с.
  20. Дриц М.Е., Будберг П.Б., Бурханов Г.С., Дриц А.М., Пановко В.М. Свойства элементов. Справочник. М: Металлургия, 1985, 672 с.
  21. Кириллов П.Л., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства жидкометаллических теплоносителей (справочные таблицы и соотношения). Обзор, ФЭИ-0291. М.: ЦНИИатоминформ, 2000, 42 с.
  22. Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М.: Машиностроение, 1975, 216 с.
  23. Рябухин А.Г. Линейный коэффициент термического расширения металлов. Известия Челябинского Научного Центра. 1999;3:15–17.
  24. Белов Г.В., Еркимбаев А.О., Зицерман В.Ю., Кобзев Г.А., Морозов И.В. Опыт создания теплофизических баз данных с использованием современных информационных технологий (обзор). Теплофизика высоких температур. 2020;58(4):615–633. DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364420040018
  25. Сеченов П.А., Рыбенко И.А. База данных и программа для определения термодинамических свойств индивидуальных веществ. Информатика и системы управления. 2022;1(71):17–26. DOI: https://doi.org/10.22250/18142400_2022_71_1_17
  26. Терехов С.В. Термодинамическая модель размытого фазового перехода в металлическом стекле Fe40Ni40P14B6. Физика и техника высоких давлений. 2018;28(1):54–61.
  27. Терехов С.В. Расчет базисной линии теплоемкости вещества в модели двухфазной области при отсутствии фазовых и других переходов. Неорганические материалы. 2023;59(4):468–472. EDN: VUNRRA. DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23040127
  28. Терехов С.В. Прогнозирование теплофизического поведения аморфных сплавов Ni0.333Zr0.667 и La80Al20 по свойствам металлов. Расплавы. 2023;5:479–490. EDN: VTDPRY. DOI: https://doi.org/10.31857/S0235010623050109
  29. Терехов С.В. Теплофизические свойства металлов в квазидвухфазной модели. Физика металлов и металловедение. 2023;124(12):1261–1270. EDN: ZHWYVT. DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023601666
  30. Терехов С.В. Тепловые свойства металлов. Справочник. Донецк: ДонФТИ им. А.А. Галкина, 2023, 184 с.
  31. Терехов С.В. Расчет теплоемкостей сложных оксидов. Вестник НовГУ. 2024;1(135):31–42. DOI: https://doi.org/10.34680/2076-8052.2024.1(135).31-42
  32. Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Стройиздат, 1967, с. 325. [Kingery W.D. Introduction to ceramics. New York, London. John Wiley & Sons, Inc., 1960, 808 p.]
  33. База данных по теплофизическим свойствам жидкометаллических теплоносителей перспективных ядерных реакторов. Теплофизические свойства жидкого эвтектического сплава натрия с калием 56%К+44%Na. URL: https://gsssd-rosatom.mephi.ru/DB-tp-01/K-56-Na-44.php?ysclid=lwvzeyeizb726245407 (дата обращения 01.06.2024).
  34. Stølen S., Grande T. Chemical thermodynamics of materials: macroscopic and microscopic aspects. Chichester West Sussex. John Wiley & Sons Ltd, The Atrium. 2004, 396 p.
  35. Физические величины. Справочник. Под. ред. И.С. Григорьева, Е.3. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991, 1232 с.
  36. Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. Справочник. М.: НПО Информация и технико-экономические исследования, 1992, 184 с.

жидкометаллический теплоноситель правило смешения теплоемкость коэффициент теплового линейного расширения плотность теплопроводность температуропроводность

Ссылка для цитирования статьи: Терехов С.В. Полуэмпирический прогностический расчет теплофизических свойств расплавов калия с натрием по данным их компонентов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2025. – № 1. – С. 37-50. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.1.03 .

Открыть PDF файл