Массачусетский Технологический институт исследовал использование наножидкостей в сохранении систем безопасного освещения воды в ядерных реакторах. Короче говоря, после гипотезы о потере хладогента в таких реакторах, топливо может достичь высоких температур (>10000С). При аварии активная зона охлаждается системой, которая вводит холодную воду в ядро реактора, немедленно приводит в действие уменьшение температуры топлива. Охлаждение топлива происходит медленно через развитие закаливания передней части и, таким образом пик потока температуры достигается во время акцидента, зависящего от комбинации факторов, включающих среди других, теплопередачу при пленочном кипении и смачиваемости поверхности топлива. Использование наножидкостей потенциально должно представлять значительный рост скорости закалки и, таким образом, увеличить сохранение реакторов.
В работе [1] исследовано охлаждение сфер в наножидкости, основанной на воде, с добавлением наночастиц Al2O3, Si и C.
Кривые охлаждения (температура от времени) для металлических сфер диаметром 10мм получены для чистой воды и наножидкостей при низких концентрациях наночастиц. Опыты проведены в условиях насыщения и высокого недогрева (DTsub = 70 оC). Сферы сделаны из стали и сплава циркония с оловом, и нагреваются до температуры 1000 оC. На поверхности сферы при охлаждении в наножидкости откладываются наночастицы, которые дестабилизируют паровую пленку в следующих опытах с той же самой сферой, ускоряя процесс охлаждения. Все кривые кипения получены из кривых охлаждения, используя решение задач обратной теплопроводности. Обнаружено, что выпавшие на поверхности наночастицы Al2O3 и Si увеличивают критическую тепловую нагрузку, тогда как отложение C оказывает минимальный эффект на кривую кипения.
Размер (эффективный диаметр) наночастиц в наножидкости был определен методом динамического светорассеивания (DLS) (Рис.19а). Средний диаметр наночастиц Al2O3 составил 38.8 нм, SiO2 - 32.9 нм, и для С-наночастиц - 165.4 нм. Наночастицы сфотографированы с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (TEM) или сканирующего электронного микроскопа (SEM). На рис.19b. показаны фотографии различных наночастиц в воде.
Рис.1. (a) Распределение размеров наночастиц Al2O3, Si, и C в воде. (b) TEM (transmission electron microscopy) и SEM (scanning electron microscopy) изображения образца наножидкости [1]
На рис.2 показаны схема экспериментальной установки для проведения экспериментов по охлаждению и фотография с внешним видом. Установка состоит из: тестируемого образца (сферы), печи, камеры для охлаждения, и измерительной аппаратуры. Печь с максимальной температурой 1500 оC используется, чтобы нагреть тестируемый образец. Электропитание DC (25 В, 150 A) используется, чтобы привести печь в действие. В печи установлена термопара для измерения температуры. Пневматическое воздушная система перемещает испытательный образец между печью и объемом с рабочим ходом 200 мм. Воздух с давлением около 600 кПа используется, чтобы управлять сбрасыванием. Средняя скорость тестируемого образца измерена быстродействующей камерой. Время, которое требуется чтобы переместить горячий образец от печи к объему - приблизительно 0.4 с. Соленоидный клапан используется для выбора направления движения тестируемого образца. Камера охлаждения имеет форму прямоугольника с размерами 95*95 мм2. Высота камеры равна 150 мм. Камера сделана из закаленного стекла для визуального наблюдения. В камеру помещен нагреватель с максимальной мощностью 800 Вт. Температура охлаждающей жидкости измеряется с помощью образцового платинового сопротивления. Компьютер используется для того, чтобы записать и хранить данные измерений, полученные с помощью термопары, установленной в испытательном образце. Данные по температуре образца собираются с частотой 10 Гц. Процесс охлаждения снимается высокоскоростной камерой с максимальной частотой 4800 кадров в секунду при разрешении 800*600 пикселей.
Рис.2. Экспериментальная установка: (a) схема, (b) внешний вид [1]
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.