铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法及采用其的模拟系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核反应堆安全分析领域，尤其涉及一种铅铋共晶合金流体物性参数的 测算方法及采用其的模拟系统。
【背景技术】
[0002] 从上个世纪80年代后期开始，速器驱动的次临界系统（ADS)作为一种先进的嬗变 堆型，逐渐成为国际研究的热点。美国、欧盟、日本等国家均将速器驱动的次临界系统（ADS) 的研究列入国家中长期发展计划。它的组成包括：外源中子靶、中能强流质子加速器和次临 界反应堆，是一种高效的核废物嬗变炉和焚烧炉。铅铋共晶合金（LBE)是目前加速器驱动 的次临界系统（ADS)设计中首选的冷却剂材料和散裂靶，其中，铅与铋的质量百分数分别 为 44%~45%和 55%~56%。
[0003] 铅铋共晶合金在生产过程中，不可避免的会掺入杂质，其中，熔点比铅铋共晶合金 熔点高的杂质在反应堆运行条件下如果依然不能熔化，将以颗粒物的形式随着铅铋共晶合 金（LBE) -起在冷却剂通道中流动。在流动的过程中，颗粒物对结构材料的切削作用以及 流体对结构材料的冲刷腐蚀作用将会在产生新的颗粒物，同时加速冷却剂通道腐蚀。威胁 反应堆安全，缩短反应堆寿命。对颗粒物的研究主要集中在常规流体上，比如空气、水等， 要对加速器驱动的次临界系统（ADS)进行安全分析之前，必须要对冷却剂的各种热物性有 着清楚的认识。2006年，Koji等在总结前人实验数据的基础上得到铅铋共晶合金的热物 性公式[Koji M. , Werner M., Michael F. , Hidemas Y. . Thermophysical Properties of Lead-Bismuth Eutectic Alloy in Reactor Safety Analyses[J]. Journal of Nuclear Science and Technology,2006,43(5):526-536·] ;2009 年，周涛等对进彳丁了理论和实验 石开究[ZHOU Tao, YANG Ruichang, WANG Shichao. Visual experiment research of the inhaled particle thermophoresis deposition rule in the rectangle turbulent flow tube[J]. Applied Thermal Engineering, 2009,29 (5):1138 - 1145.] ；J. C. Barrett 等研究了电场对放射性颗粒运动的影响[J. C. Barrett, C. F. Clement, A. B. S. Virdee The removal of radioactive aerosols by electric fields[J]Journal of Aerosol Science, 2009, 40 (3) : 185 - 192. ] ;2013年，汝小龙等对窄通道内PMl颗粒沉积进行了数 值模拟研究[汝小龙，周涛，林达平，杨旭.两种截面窄通道内PMl颗粒沉积数值模拟对 比研究[J].核动力工程，2013, 34(sl) :42-46. ] ;2013年，刘梦影、苏子威等先后通过数 据拟合对铅铋共晶合金的热物性进行了研究，编制了相关程序进行计算，得到一系列与温 度相关的纯LBE物性参数[苏子威，周涛，刘梦影.液态铅铋合金热物性研究[J].核技 术，2013, 36 (9): 1-5·])。
[0004] 但是这些程序和研究中，程序不能够连续地、实时地计算LBE的热物性。同时，这 些研究都没有考虑颗粒物的存在对铅铋共晶合金热物性的影响。颗粒物随着铅铋共晶合金 一起在反应堆中迀移，在迀移过程中发生局部聚集现象。会造成物性参数的改变，从而影响 堆芯的实际工况和实际功率，威胁反应堆的安全和影响其实际功率，现有的反应堆设计技 术中，由于没有考虑到颗粒物的影响，致使设计的反应堆换热能力与实际的换热能力有差 异，带来安全隐患，甚至导致危险事故的发生。
[0005] 因此，亟待发明一种能够连续地、实时地测算各种工况下含多种类型的细颗粒的 铅铋共晶合金流体物性参数的方法，并且需要能够根据该方法进行反应堆模拟仿真的系 统。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明人进行了锐意研究，采用如下技术方案：测量铅铋 共晶合金流体中颗粒物的物性参数，将所述铅铋共晶合金流体中颗粒物的物性参数引入到 铅铋共晶合金流体物性参数的计算中，得到含多种类型颗粒物的铅铋共晶合金流体的物性 参数计算公式，并根据该计算公式编制程序，对铅铋共晶合金流体的物性参数进行实时测 算，从而完成本发明。
[0007] 本发明目的在于提供以下方面：
[0008] (1) -种铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，其特征在于，该测算方法包括以 下步骤：
[0009] ( I )测量铅铋共晶合金流体中颗粒物的物性参数；
[0010] ( II )根据步骤（I )中测得的铅铋共晶合金流体中颗粒物的物性参数计算铅铋 共晶合金流体物性参数。
[0011] (2)根据上述（1)所述的铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，其特征在于，所 述颗粒物包括铅铋共晶合金流体中的杂质及所述杂质与铅铋共晶合金流体分别作用于反 应堆材料而产生的其他物质。
[0012] (3)根据上述⑴或⑵所述的铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，其特征在 于，所述铅铋共晶合金流体物性参数包括铅铋共晶合金流体的密度、动力粘度、热导率、比 热容和体积膨胀系数。
[0013] ⑷根据上述⑴至⑶项之一所述的铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，其 特征在于，所述铅铋共晶合金流体物性参数中的密度计算公式如下述式（一）：
[0015] 其中，
[0016] P LBE计算公式如下述式（二）：
[0017] Plbe= 10529X [1-1.07978X 10 4X (T-398. 15)] 式（二）
[0018] P p计算公式如下述式（三）：
[0020] α p计算公式如下述式（四）：
[0022] 上述式（一）至式（四）中，
[0023] P表示铅铋共晶合金流体的密度，
[0024] P _表示纯铅铋共晶合金流体的密度，
[0025] P p表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的相平均密度，
[0026] P i表示铅铋共晶合金流体中每种颗粒物的密度，
[0027] M表示铅祕共晶合金流体的质量，
[0028] T表示纯铅铋共晶合金流体的温度，
[0029] V表示铅祕共晶合金流体的体积，
[0030] Vu5e表示纯铅祕共晶合金流体的体积，
[0031 ] Vp表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的体积，
[0032] α p表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的相体积分数，
[0033] α 1表示铅铋共晶合金流体中每种颗粒物的体积分数。
[0034] (5)根据上述⑴至（4)项之一所述的铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，其 特征在于，所述铅铋共晶合金流体物性参数中的动力粘度计算公式如下述式（五）：
[0035] n = n LBE (1+2. 5 α ρ)式（五）
[0036] 其中，
[0037] nLBE计算公式如下述式（六）：
[0039] 上述式（五）至式（六）中，
[0040] η表示铅祕共晶合金流体的动力粘度，
[0041] n UBE表示纯铅祕共晶合金流体的动力粘度，
[0042] T表示纯铅铋共晶合金流体的温度，
[0043] α ρ表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的相体积分数。
[0044] (6)根据上述⑴至（5)项之一所述的铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，其 特征在于，所述铅铋共晶合金流体物性参数中的热导率计算公式如下述式（七）：
[0046]其中，
[0047] λ LBE计算公式如下述式（八）：
[0048] Albe= 6. 854+1. 018X 10 2 · T 式（八）
[0049] 上述式（七）至式（八）中，
[0050] λ表示铅祕共晶合金流体的热导率，
[0051 ] λ 表示纯铅祕共晶合金流体的热导率，
[0052] λ ρ表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的热导率，
[0053] Q表示铅祕共晶合金流体的热流量，
[0054] 0_表示纯铅祕共晶合金流体的热流量，
[0055] Qp表示铅祕共晶合金流体中颗粒物的热流量，
[0056] T表示纯铅铋共晶合金流体的温度，
[0057] A表示铅铋共晶合金流体的传热面积，
[0058] 表示纯铅铋共晶合金流体的传热面积，
[0059] Ap表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的传热面积，
[0060]
::表示铅铋共晶合金流体中，流体微元沿该流体微元的厚度方向的温度变化率， 其中，dt表示铅铋共晶合金流体中流体微元两侧表面的的温差，dx表示铅铋共晶合金流体 中流体微元的厚度，
[0061] α p表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的相体积分数。
[0062] (7)根据上述⑴至（6)项之一所述的铅铋共晶合金流体物性参数的测算方法，其 特征在于，所述铅铋共晶合金流体物性参数中的比热容计算公式如下述式（九）：
[0064]其中，
[0065] Clbe计算公式如下述式（十）：
[0066] Clbe= 159. 0-2. 0302X 10 2 · T 式（十）
[0067] CM,p计算公式如下述式（十一）：
[0069] 上述式（九）至式（^^一）中，
[0070] c表示铅祕共晶合金流体的比热容，
[0071 ] 。^表示纯铅祕共晶合金流体的比热容，
[0072] %表示铅铋共晶合金流体中颗粒物的比热容，
[0073] Q表示铅祕共晶合金流体的热流量，
[0074] CMi p表示铅祕共晶合金流体中颗粒物的相质量百分数，
[0075] T表示