Kinetic Mechanism Study of Lead-Bismuth Alloy Solidification in Lead-Water Interaction
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摘要: 为获得铅水反应过程中铅铋凝固的动力学机制，了解微观枝晶生长过程，通过分析铅铋熔液的自然对流及其对凝固前沿的影响，建立了枝晶间铅铋合金平均流动速度方程；采用通过相场法模拟了枝晶生长过程。结果表明，在2个方向的流场共同作用下，枝晶的快速生长区明显向来流方向倾斜。本研究可为铅铋凝固提供动力学机理分析，为铅基堆的安全运行提供理论基础。
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关键词:
- 铅水反应 /
- 铅-铋凝固 /
- 枝晶生长 /
- 数值模拟 /
- 蒸汽发生器传热管破裂（SGTR）事故
Abstract: To obtain the kinetic mechanism of lead-bismuth alloy solidification during the lead-water interaction and understand the microscopic dendrite growth process, the average flow velocity equation of lead-bismuth alloy between dendrites was developed by analyzing the natural convection of lead-bismuth melt and its influence on the solidification front. In addition, the dendrite growth process was simulated by using the phase field method. The results showed that the fast growth zone of dendrites was markedly tilted toward the incoming flow direction under the joint action of flow fields in two directions. This work can provide kinetic mechanism analysis for lead-bismuth alloy solidification, and provide the theoretical basis for the safe operation of lead-based reactors. -
图 1 冷热两端之间液态铅铋合金温度分布
T1—冷端温度；T2—热端温度；Tm—平均温度；vx—自然对流速度
Figure 1. Temperature Distribution of Liquid LBE between Hot and Cold Ends
图 4 双向流场仿真的对应实际位置
Figure 4. Corresponding Actual Position of Bidirectional Flow Field Simulation
图 6 不同对流速度影响下的温度场
Figure 6. Temperature Field Influenced by Different Convective Velocity
表 1 相场模型无量纲参数
Table 1. Dimensionless Parameters of Phase Field Model
参数名 参数值 无量纲潜热（k） 2 j 4 $\bar \varepsilon $ 0.01 $\delta $ 0.02 ${\tau _{\text{s}}}$ 0.0003 ${\theta _0}$ 0 平衡温度比（Teq） 1 
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