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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».