液態(tài)鋰在金屬微通道中的流動(dòng)行為的研究.pdf

1、作為新能源，核能的發(fā)展和利用是當(dāng)前緩解能源危機(jī)有效措施。根據(jù)能源需求和能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，各國(guó)已大力開(kāi)展有關(guān)核能利用的技術(shù)研究。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)鋰可以作為核反應(yīng)堆裝置中面對(duì)等離子體材料的候選之一，因?yàn)樗哂性S多優(yōu)良性能.例如液態(tài)鋰壁比固態(tài)壁可承受更大的表面熱負(fù)荷，且無(wú)中子輻照損傷;能有效抑制高有效數(shù)離子返回等離子體;通過(guò)循環(huán)使用，能有效的吸附氫和雜質(zhì)，容易實(shí)現(xiàn)熱量排除和吸附粒子的更新，故液態(tài)鋰壁具有一定的自我修復(fù)能力和可更新性，對(duì)核聚變

2、裝置的穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。作為新概念設(shè)計(jì)的液態(tài)鋰壁，其在基底材料中的流動(dòng)特性備受關(guān)注。
　　本文利用非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法研究了液態(tài)鋰在金屬微通道內(nèi)的流動(dòng)行為。通過(guò)構(gòu)建金屬銅(111)、(100)和(110)晶面和鐵(100)和鐵(110)晶面的微通道內(nèi)壁，本文研究了液態(tài)鋰在流固界面上的微觀結(jié)構(gòu)以及在金屬微通道中的流動(dòng)速度分布情況，并探討了微通道尺寸和流固界面的形貌對(duì)液態(tài)鋰流動(dòng)行為的影響。研究結(jié)果表明金屬微通道內(nèi)的液態(tài)鋰在靠

3、近銅和鐵固體壁附近區(qū)域呈有序的層狀結(jié)構(gòu)分布，并受固體壁晶面微觀結(jié)構(gòu)的影響。銅(111)和(100)面內(nèi)壁附近的液態(tài)鋰有序?qū)臃植冀Y(jié)構(gòu)更明顯，液態(tài)鋰與銅(111)面之間的真空間隙層更寬;液態(tài)鋰在銅(110)面附近分層結(jié)構(gòu)不如另外兩種流固界面明顯，且出現(xiàn)了鋰原子擴(kuò)散進(jìn)入銅壁，形成合金層的現(xiàn)象.液態(tài)鋰在面對(duì)鐵的流固界面流動(dòng)時(shí)，其密度也出現(xiàn)了有序分層類(lèi)似阻尼振蕩的分布結(jié)構(gòu)，且密度分布的峰值大于流固界面為銅時(shí)的情況。流固界面為鐵(110)時(shí)，液態(tài)鋰

4、與固體界面間的真空間隙層大于流固界面為鐵(100)的情況。外驅(qū)力作用下的液態(tài)鋰在金屬微通道內(nèi)的流動(dòng)速度呈拋物線分布，流固界面和流動(dòng)方向?qū)σ簯B(tài)鋰的流動(dòng)速度都會(huì)產(chǎn)生影響。液態(tài)鋰在銅(111)面內(nèi)壁上流動(dòng)的速度最大，且出現(xiàn)了速度滑移;在銅(110)面內(nèi)壁上流動(dòng)速度最小。與金屬銅相比較，相同外驅(qū)力作用下的液態(tài)鋰在鐵的微通道內(nèi)的流動(dòng)速度大于銅的。液態(tài)鋰在鐵(110)面上流動(dòng)的速度比鐵(100)面的大，且流固界面附近出現(xiàn)了明顯的速度滑移現(xiàn)象。流固界

5、面為鐵(110)時(shí)液態(tài)鋰沿不同方向流動(dòng)時(shí)速度大小也不相同。通過(guò)對(duì)不同尺寸的微通道內(nèi)液態(tài)鋰流動(dòng)行為的研究，發(fā)現(xiàn)流動(dòng)速度的大小隨著微通道尺寸的增加而增大，且最大速度與微通道尺寸呈二次函數(shù)關(guān)系;流固界面為銅(100)面時(shí)，計(jì)算結(jié)果與有關(guān)理論計(jì)算結(jié)果符合得很好。流固界面為銅(111)面時(shí)，計(jì)算結(jié)果略大于理論計(jì)算結(jié)果;而流固界面為銅(110)時(shí)，計(jì)算結(jié)果略小于理論計(jì)算結(jié)果。流固界面的形貌直接影響液態(tài)鋰的流速，流固界面越粗糙，流速越小，流固界面處的