熔盐冷冻壁的形成实验研究及传热数值模拟

摘要

干法处理是在高温、无水状态下处理辐照核燃料的化学工艺,典型技术包括高温氟化物熔盐(500～600℃)体系内氟化挥发分离、减压蒸馏分离、电化学分离等.但这些流程面临的最大挑战是高温熔盐的强腐蚀性,尤其是在有氟气作为工艺气的氟化挥发分离技术中,设备材料腐蚀问题严重制约着工艺应用.以凝固熔盐层作为器壁保护措施的冷冻壁技术被认为是一种解决腐蚀非常可行的方式,即通过对工艺容器外部强制冷却,使内壁上产生一定厚度且保持稳定的熔盐凝固层,使金属器壁与腐蚀源彻底隔离.熔盐冷冻壁技术的关键在于控制稳定的传热，部分熔盐发生相交凝固，实现特定厚度冷冻壁的均匀形成及稳定维持。在自行设计建造的高温熔盐回路实验装置上，采用硝酸盐（53%KNO3+40%NaNO2+7%NaNO3，熔点142℃）及导热油冷却开展了冷冻壁静态形成及平衡维持实验研究，模拟实际应用工况摸索了冷冻壁控制工艺条件，实验中冷冻壁真实厚度采用机械卡尺测量。另外通过FLUENT软件模拟计算了冷冻壁形成过程以及平衡维持时熔盐流场及温度分布，并与实验值进行了对比。