论文首次以10MW 高温气冷实验堆(HTR-10)为研究对象,较为全面地研究了球床高温气冷堆中特有的现象——石墨粉尘行为,包括石墨粉尘的产生、发展、沉积以及石墨粉尘束缚的放射性对环境的影响等。论文的主要研究内容和研究结果包括以下几个方面:
1. 利用SRV 标准摩擦磨损试验机,研究了HTR-10 用石墨IG-11 的摩擦性能,给出了石墨IG-11 摩擦性能随滑动距离、滑动速度、载荷、环境气氛、温度以及表面粗糙度的变化情况,并对各种摩擦现象进行了理论分析;
2. 利用SRV 标准摩擦磨损试验机,研究了石墨IG-11 磨损性能,考察了温度、载荷和环境气氛对石墨磨损性能的影响,并对各种磨损现象进行了理论分析。同时借助扫描电子显微镜和粒度分析软件,对磨损过程中产生的石墨磨屑进行了粒度分析,给出了不同条件下石墨磨屑尺寸的频率密度分布;
3. 在试验的基础之上,结合HTR-10 的结构以及反应堆正常运行时的工况,合理地估算了HTR-10 中石墨粉尘的产生速率为2.74kg/年,给出了石墨粉尘粒度分布的初始频率密度分布;
4. 利用颗粒动力学理论,研究了颗粒系统中的碰撞与凝并现象,并计算了氦气流中石墨粉尘的凝并现象,给出了反应堆正常运行时石墨粉尘粒度分布的频率密度曲线,发现石墨粉尘在氦气流中的凝并现象并不严重;
5. 利用理论分析方法研究了颗粒在层流圆管、紊流圆管以及层流状态下变温度竖直壁面的沉积情况,给出了计算颗粒沉积率的方法,并通过已有的试验数据对理论分析的结果进行了验证。在此基础上,考查了10MW 高温气冷试验堆中石墨粉尘在热气导管中的沉积情况,计算发现石墨粉尘在热气导管中的沉积率非常小,仅为0.00017;
6. 对石墨粉尘束缚的放射性进行了分析,计算了失压失冷事故下石墨粉尘向环境释放的放射性活度。
