Применение модифицированного правила смешения компонентов для расчета теплофизических свойств сплавов свинца с калием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В теплоотводящих элементах ядерных энергетических установок на быстрых нейтронах в качестве жидкометаллических теплоносителей используют сплавы на основе системы калий‒свинец. В связи с практической значимостью данного сплава был проведен полуэмпирический расчет теплофизических характеристик (теплоемкости, коэффициента теплового линейного расширения, плотности, теплопроводности, температуропроводности и удельного электросопротивления) калия, свинца и расплава свинца с калием. Для вычислений были использованы массивы согласованных между собой экспериментальных данных, соотношения авторской модели двухфазной локально‒равновесной области и модифицированное правило смешения компонентов. В формирование тепловых свойств компонентов и их сплавов вносят вклад как явления в любой малой окрестности точки образца (локальный уровень), так и коллективные феномены реакций всех точек сплава (субстанциональный уровень). Указано на существование особенностей на температурных зависимостях калия и свинца в виде пиков, ям и скачков, а также на наследование некоторых графических особенностей температурных кривых компонентов при формировании тепловых свойств расплава. С помощью аппроксимации экспериментальных данных расплава установлено исчезновение некоторых особенностей при образовании сплава. На экспериментально неисследованных температурных интервалах продемонстрировано поведение теплофизических характеристик компонентов, а тепловые свойства расплава отображены в виде таблицы. Указано на необходимость проведения дополнительных экспериментальных работ с целью проверки проведенных расчетов и уточнения поведения теплофизических характеристик компонентов и их сплава на неисследованных интервалах температур.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Терехов

Донецкий физико‒технический институт им. А.А. Галкина

Автор, ответственный за переписку.
Email: svlter@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3037-7258
SPIN-код: 4285-4685

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, отдел электронных свойств металлов

Россия, Донецк

Список литературы

  1. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия. 1989.
  2. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и сплавов. Тепловые свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка. 1985.
  3. Дриц М.Е., Будберг П.Б., Бурханов Г.С., Дриц А.М., Пановко В.М. Свойства элементов. Справочник / Под ред. Дрица М.Е. М.: Металлургия. 1985.
  4. Физические величины. Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, Е.3. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991.
  5. Кириллов П.Л., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства жидкометаллических теплоносителей (справочные таблицы и соотношения). Обзор, ФЭИ‒0291. М.: ЦНИИатоминформ. 2000.
  6. Мельникова Т.П., Мозговой А.Г. Плотность, тепловое расширение и сжимаемость натрия и калия в твердой фазе // Теплофизика высоких температур. 1989. 27. № 3. С. 490–498.
  7. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат. 2000.
  8. Коротких А.Г. Теплопроводность материалов: учебное пособие. Томск: Изд‒во Томского политехнического университета. 2011.
  9. Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М.: Машиностроение. 1975.
  10. Муллоева Н.М. Физико‒химические свойства сплавов свинца с щелочноземельными металлами / Дисс. … канд. хим. наук. Душанбе: Институт химии им. В.И. Никитина. 2015.
  11. Савченко И.В., Станкус С.В., Агажанов А.Ш. Измерение тепло‒ и температуропроводности жидкого свинца в интервале 601–1000 К // Атомная энергия. 2013. 115. № 2. С. 74–77.
  12. Банчила С.Н., Филиппов Л.П. Новые измерения комплекса тепловых свойств жидких олова и свинца // Теплофизика высоких температур. 1973. 11, № 3. С. 668–671.
  13. Савченко И.В. Экспериментальное исследование теплопроводности и температуропроводности расплавов легкоплавких металлов и сплавов методом лазерной вспышки / Автореф. … к. ф.‒м. н. Новосибирск: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН. 2013.
  14. Агажанов А.Ш., Хайрулин А.Р., Абдуллаев Р.Н., Станкус С.В. Теплофизические свойства эвтектического сплава K‒Pb в жидком состоянии // Теплофизика и аэромеханика. 2020. 27, № 4. С. 655–658.
  15. Абдуллаев Р.Н., Хайрулин Р.А., Станкус С.В. Плотность сплава калий‒свинец эвтектического состава // Теплофизика и аэромеханика. 2013. 20, № 1. С. 89–94.
  16. Хайрулин Р.А., Станкус С.В., Абдуллаев Р.Н. Термические свойства сплавов системы K‒Pb // Теплофизика и аэромеханика. 2015. 22, № 3. С. 359–364.
  17. Agazhanov A.Sh., Abdullaev R.N., Samoshkin D.A., Stankus S.V. Thermal Conductivity of Lithium, Sodium and Potassium in the Liquid State // Physics and Chemistry of Liquids. 2019. 74. P. 1–9.
  18. Agazhanov A.Sh., Khairulin A.R., Abdullaev R.N., Stankus S.V. Thermophysical Properties of Liquid K–Pb Alloys // Journal of Engineering Thermophysics. 2021. 30, № 3. P. 365–373.
  19. Агажанов А.Ш. Экспериментальное исследование теплопроводности и температуропроводности жидких теплоносителей и конструкционных материалов ядерной энергетики / Автореф. … к. ф.‒м. н. Новосибирск: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН. 2016.
  20. Фокин Л.Р., Кулямина Е.Ю. Плотность жидкого калия на линии насыщения: краткая история длиною в 50 лет // Теплофизика высоких температур. 2021. 59. № 1. С. 679–685.
  21. Субботин В.И., Арнольдов М.Н., Козлов Ф.А., Шимкевич А.Л. Жидкометаллические теплоносители для ядерной энергетики // Атомная энергия. 2002. 92. № 1. С. 31–42.
  22. Гулевич А.В., Ефанов А.Д., Кириллов П.Л., Козлов Ф.А. Основные вопросы теплофизики ЯЭУ // Атомная энергия. 2004. 96. № 5. С. 380–387.
  23. 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). С. 35–42.
  24. Займан Дж. Электроны и фононы. М.: Издательство иностранной литературы. 1962.
  25. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1980.
  26. Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М.: Физматлит. 2010.
  27. Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А. Квазичастицы в физике конденсированного состояния. М.: Физматлит. 2005.
  28. Бабаева Ю.А. Полуэмпирические соотношения для расчета плотности, динамической вязкости и удельной теплоемкости жидкого калия // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2023. № 4. С. 134–139.
  29. Мажукин В.И., Королева О.Н., Шапранов А.В., Демин М.М., Алексашкина А.А. Определение теплофизических свойств золота в области фазового перехода плавление‒кристаллизация. Молекулярно‒динамический подход // Математическое моделирование. 2022. 34. № 1. С. 59–80.
  30. Терехов С.В. Термодинамическая модель размытого фазового перехода в металлическом стекле Fe40Ni40P14B6 / Физика и техника высоких давлений. 2018. 28. № 1. С. 54–61.
  31. Терехов С.В. Теплоемкость и тепловое расширение вещества / Справочник. Донецк: ДонФТИ им. А.А. Галкина. 2022.
  32. Терехов С.В. Расчет базисной линии теплоемкости вещества в модели двухфазной области при отсутствии фазовых и других переходов // Неорганические материалы. 2023. 59. № 4. С. 468–472. [Terekhov S.V. Calculation of the heat capacity baseline in a model of a two‒phase region in the absence of phase transformations and other transitions // Inorganic Materials. 2023. 59. № 4. P. 452–456.
  33. Терехов С.В. Расчет теплоемкостей и коэффициентов линейного теплового расширения металлов легкой и тяжелой триад платины // Теплофизика высоких температур. 2023. 61. № 5. С. 679–684.
  34. Терехов С.В. Расчет теплоемкостей сложных оксидов // Вестник НовГУ. 2024. №1(135). С. 31–42.
  35. Терехов С.В. Особенности на графиках тепловых характеристик металлов при отсутствии и наличии фазовых переходов // Физика твердого тела. 2024. 66. № 7. С. 1144–1149.
  36. Stølen S., Grande T. Chemical thermodynamics of materials: macroscopic and microscopic aspects. Chichester West Sussex. John Wiley & Sons Ltd, The Atrium. 2004.
  37. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука. 1974.
  38. Ягодин Д.А. Исследование структурной неоднородности расплавов Ga–Bi и Pd–Si методами акустометрии и гамма‒денситометрии / Автореф. … к. ф.‒м. н. Екатеринбург: Уральский государственный педагогический университет. 2007.
  39. Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем / Справочник под ред. Н.А. Силина. М.: НПО «Информация и технико‒экономические исследования». 1992.
  40. Попель П.С., Сидоров В.Е., Бродова И.Г., Кальво‒Дальборг М., Дальборг У. Влияние термической обработки исходного расплава на структуру и свойства кристаллических слитков или отливок // Расплавы. 2020. № 1. С. 3–36.
  41. Попель П.С., Сидоров В.Е., Кальво‒Дальборг М., Дальборг У., Молоканов В.В. Влияние термической обработки жидкого сплава на его свойства в расплавленном состоянии и после аморфизации // Расплавы. 2020. № 3. С. 223–245.
  42. Бельтюков А.Л., Русанов Б.А., Ягодин Д.А., Мороз А.И., Стерхов Е.В., Сон Л.Д., Ладьянов В.И. Релаксация в аморфизирующемся расплаве Al–La // Расплавы. 2022. № 5. С. 485–493.
  43. База данных по теплофизическим свойствам жидкометаллических теплоносителей перспективных ядерных реакторов. Теплофизические свойства жидкого калия и его пара // Государственная служба стандартных справочных данных в области использования атомной энергии. «РОСАТОМ» ‒ НИЯУ МИФИ. Головной научно‒методический центр данных (дата обращения 10.09.2024).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Температурные зависимости КТЛР калия (красная линия) и свинца (синяя линия): Δ ‒ данные [2], ○ ‒ [4], ♦ ‒ [6], ■ ‒ [9].

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пики теплопроводностей калия (красная линия) и свинца (синяя линия): ● ‒ данные [1], Δ ‒ [4], ○ ‒ [6].

Скачать (12KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости температуропроводностей калия (красная линия) и свинца (синяя линия) от температуры: ● ‒ данные [1], ◊ ‒ [5], ▲ ‒ [10].

Скачать (11KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Температурные графики удельных электросопротивлений калия (красная линия) и свинца (синяя линия): ● ‒ данные [1], □ ‒ [3], ◊ ‒ [5], ■ ‒ [43].

Скачать (12KB)
Метаданные
6. Список литературы
Скачать (80KB)
Метаданные
7. Терехов_статья
Скачать (494KB)
Метаданные
8. Терехов_договор
Скачать (222KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025