- Код статьи
- S0235010625010077-1
- DOI
- 10.31857/S0235010625010077
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 1
- Страницы
- 73-84
- Аннотация
- В данной работе выполнена модернизация известной ячейки для измерения температуропроводности расплавов фторидных солей методом лазерной вспышки. Расплавы галогенидов щелочных металлов, в том числе эвтектическая смесь FLiNaK (46.5 мол. % LiF – 11.5 мол. % NaF – 42 мол. % KF), рассматриваются как перспективные материалы для использования в ядерной энергетике, в частности в жидкосолевых реакторах (ЖСР), где они выступают в роли теплоносителей и среды для деления актинидов. Это делает исследование их теплофизических свойств крайне важным для проектирования активных зон реакторов и систем теплопередачи. Однако, как показывают данные из литературы, измерения температуропроводности расплава FLiNaK сопровождаются значительными расхождениями, связанными с влиянием неучтенных факторов теплопереноса и погрешностями экспериментальных методик. Метод лазерной вспышки, благодаря возможности учитывать конвективный и радиационный теплопереносы, является одним из наиболее предпочтительных для исследования температуропроводности расплавов солей при высоких температурах. Однако данный метод с использованием известной ячейки приводит к завышенным значениям температуропроводности вследствие рассеянного теплового потока. С целью модернизации данной ячейки в расчетной среде COMSOL Multiphysics была построена численная модель, позволившая изучить влияние материалов (Ni, BN, Au) и геометрии ячейки на процессы теплопереноса. Анализ данных позволил получить оптимизированную конструкцию ячейки, что минимизировало долю рассеянного теплового потока, сократило время достижения температурного пика, исключило необходимость калибровочных измерений и расширило температурный диапазон измерений. Экспериментальная проверка модернизированной ячейки проводилась с использованием оборудования Netzsch LFA 467 HT HyperFlash. Полученные данные подтвердили возможность более точного измерения температуропроводности FLiNaK в диапазоне температур 550–800°С. В частности, использование модернизированной ячейки улучшает воспроизводимость результатов и снижает разброс данных, уменьшая погрешность измерения с 33,8 до 2,6%. Это значительно расширяет перспективы дальнейших исследований высокотемпературных расплавов, что способствует разработке технологий ЖСР нового поколения.
- Ключевые слова
- FLiNaK температуропроводность теплопроводность метод лазерной вспышки численное моделирование
- Дата публикации
- 17.09.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 5
Библиография
- 1. Ignatiev V.V. Molten Salt Reactors // Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. 2020. P. 2–16.
- 2. Dr. Charles, W. Forsberg. Molten Salt Reactors (MSRs) // The Americas Nuclear Energy Symposium (ANES 2002), American Nuclear Society. 2002. P. 16–18.
- 3. Mignacca B., Locatelli G. Economics and finance of Molten Salt Reactors // Progress in Nuclear Energy. 2020. № 129.
- 4. J. Serp. The molten salt reactor (MSR) in generation IV: overview and perspectives // Progress in Nuclear Energy. 2014. № 77. P. 308–319.
- 5. Holcomb D.E., Cetiner S.M. An overview of liquid-fluoride-salt heat transport systems // U.S. Department of energy. 2010. P. 156.
- 6. Ambrosek J., Anderson M., Sridharan K., Current status of knowledge of the fluoride salt (FLiNaK) heat transfer // Nucl. Technol. 2009. 165. № 2. P. 166–173.
- 7. Khokhlov V., Ignatiev V., Afonichkin V. Evaluating physical properties of molten salt reactor fuoride mixtures // Journal of Fluorine Chemistry. 2009. № 130. P. 30–37.
- 8. McMurray J.W., et al. Roadmap For Thermal Property Measurements of Molten Salt Reactor systems // Oak Ridge National Lab. (ORNL), Oak Ridge, TN (United States). 2021. № 1865. P. 4–22.
- 9. Williams D.F., Toth L. M., Clarno K. T. Assessment of Candidate Molten Salt Coolants For the Advanced High-Temperature Reactor (AHTR) // Oak Ridge National Laboratory. 2006. № 12.
- 10. Magnusson J.M., Memmott M., Munro T. Review of thermophysical property methods applied to fueled and un-fueled molten salts // Annals of Nuclear Energy. 2020. № 146.
- 11. Chliatzou C.D., Assael M.J., Antoniadis K.D., Huber M.L., Wakeham W.A. Reference Correlations for the Thermal Conductivity of 13 Inorganic Molten Salts. // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 2018. 47. № 3.
- 12. Santini R., Tadrist L., Pantaloni J., Cerisier P. Measurement of thermal conductivity of molten salts in the range 100–500 C, Int. J. // Heat Mass Transfer. 1984. 27. № 4. P. 623–626.
- 13. Cooke J.W. Development of the variable-gap technique for measuring the thermal conductivity of fluoride salt mixtures // U.S. Atomic energy commission. 1973. № W-7405-eng 26.
- 14. Ryan C. Gallagher, Anthony Birri, Nick Russell, N. Dianne B. Ezell. Design and performance of a variable gap system for thermal conductivity measurements of high temperature, corrosive, and reactive fluids // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2022. № 192.
- 15. Smirnov M.V., Khokhlov V.A., Filatov E.S. Thermal conductivity of molten alkali halides and their mixtures // Electrochimica Acta. 1987. 32. P. 1019–1026.
- 16. Khokhlov V., Korzun I., Dokutovich V., Filatov E. Heat capacity and thermal conductivity of molten ternary lithium, sodium, potassium, and zirconium fluorides mixtures. // Journal of Nuclear Materials. 2011. 1–3. № 410. P. 32–38.
- 17. Rudenko A., Redkin A., Il’ina E., Pershina S., Mushnikov P., Zaikov Y., Kumkov S., Liu Y., Shi W. Thermal Conductivity of FLiNaK in a Molten State. // Materials. 2022. 15. № 5603. P. 2–14.
- 18. Cheng J.-H., Zhang P., An X.-H., Wang K., Zuo Y., Yan H.-W., Li, Z. A Device for Measuring the Density and Liquidus Temperature of Molten Fluorides for Heat Transfer and Storage // Chinese Physics Letters. 2013. 30. № 12. P. 126–501.
- 19. An X.-H., Cheng J.-H., Yin H.-Q., Xie L.-D., Zhang P. Thermal conductivity of high temperature fluoride molten salt determined by laser flash technique. // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. № 90. P. 872–877.
- 20. Coulson J.M., Richardson J.F. Chemical Engineering // Pergamon Press. 1990. 1.
- 21. Bejan A. Heat Transfer, Wiley // Evolution, Design and Performance. 1993. P. 611.
- 22. Kato Y., Furukawa K., Araki N., Kobayasi K. Thermal diffusivity measurement of molten salts by use of a simple ceramic cell. // In Proceedings of the 8th European Thermophysical Properties Conference. 1982. 15.
- 23. Robertson S., Wiser R., Yang W., Kang D., Choi S., Baglietto E., Short, M. The curious temperature dependence of fluoride molten salt thermal conductivity. // J. Appl. Phys. 2022. № 131.
- 24. Ryan C. Gallagher, Anthony Birri, Nick G. Russell, Anh-Thu Phan, Aïmen E. Gheribi. Investigation of the thermal conductivity of molten LiF-NaF-KF with experiments, theory, and equilibrium molecular dynamics // Journal of Molecular Liquids. 2022. № 361.
- 25. A. Cape, G.W. Lehman. Temperature and finite pulse-time effects in the flash method for measuring thermal diffusivity // J. Appl. Phys. 1963. 34 (7). 1909–1914.
- 26. L. Dusza. Combined solution of the simultaneous heat loss and finite pulse corrections with the laser flash method // High Temp.-High Press. 1995–1996. 27/28. 467–473.
