激光闪射法测量碳化硅复合包壳的数值模拟

Wenjie Li [1], L. Vladhovic [2], Tsvetoslav Pavlov [2],
[1] Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory, P.O. Box 502, 610213 Chengdu, China
[2] European Commission, Joint Research Centre Karlsruhe, P.O. Box 2340, 76125 Karlsruhe, Germany
Veröffentlicht in 2019

本文介绍利用COMSOL传热模块对激光闪射法(Laser Flash Method)测量具有环形结构的碳化硅复合包壳的瞬态传热过程,进而获得对标准激光闪射法估算热扩散率/热导率的几何修正系数和温度修正系数。 碳化硅复合包壳由多层的单质SiC陶瓷基体、SiC纤维编织层组成。碳化硅复合包壳在高温蒸汽中抗氧化性远远优于锆合金,因此被视为未来核电站燃料棒包壳的理想解决方案。为了开展碳化硅复合包壳的性能分析,需要使用激光闪射法获得其在500K~1800K温度范围的热扩散率。问题在于,激光闪射法标准(ASTM E1461-13)规定的样品形状为薄圆片,而碳化硅复合包壳难以弯曲或加工成薄圆片,只能从包壳管上截取一段带曲率的片段测试。这意味着必须考虑非标准的几何形状对测量结果的影响。 为此,作者使用COMSOL传热模块,基于激光闪射法案例(Application ID: 30371)修改了样品曲率和温度范围,建立了二维带曲率样品的新App,并对500K-1800K范围内的热导率计算结果与材料真实热导率(作为输入的材料模型)进行比较,从而获得几何修正系数和温度修正系数。基于该系数,对实验测量结果进行修正——将包壳管样品内外两面的测量结果除以该修正系数,获得的热导率测量值较之前更加趋于一致。 本文通过COMSOL传热模拟,一定程度上避免了前人使用不同曲率实验样品获取修正系数的麻烦。

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