日本福岛核泄漏事故引起了全球对核电安全的高度关注,世界各国政府和有关部门对核电的技术路线和政策都在进行慎重的考虑和调整。北京工业大学教授马重芳告诉《科学时报》,传热和冷却对核电安全至关重要,福岛核泄漏事故的发生就是由核电站传热和冷却系统的故障引起的。
据了解,现有核电设备是以水为工质,主要有沸水堆和压水堆。除水之外,世界各国正在积极探索新的传热和冷却介质,以提高核电的安全性。高温气冷堆采用氦气作为传热和冷却剂,安全性好,得到了国际关注。我国的高温气冷堆研究处于国际领先位置,清华大学核研院在国家“863”重大专项的支持下,在北京近郊建成了世界首座10MW模块式球床高温气冷堆试验电站。
液态金属和熔盐也是国际关注的新型传热和冷却剂。某些熔盐已被用作核反应堆的燃料、冷却剂、传热介质和蓄热材料。
记者从北京工业大学了解到,马重芳带领的学术团队在国家自然科学基金委和科技部“973”与“863”项目的支持下对熔盐的传热蓄热进行了近十年的研究,搭建了我国第一个熔盐管内对流传热试验台,成功解决了一系列技术难题,已经实现了几千小时的成功运行试验和上百次的启动—运行—停止循环。同时,研究团队以多种熔盐单质和混合物为工质,对不同工况下的对流换热系数进行了精确测定,参照经典对流传热关联式,对大量实验数据进行关联,给出了适用于熔盐过渡流和充分发展湍流的计算关联式。
另据介绍,马重芳团队正在开展熔盐自然对流及混合对流传热的研究、高温混合熔盐的配制和高温热物性测试。到目前为止,该学术团队已发表4篇国际期刊论文、9篇国内期刊论文。
北京工业大学在熔盐传热方面的研究得到国际同行的高度关注。2010年美国爱达荷核能国家实验室发表了一份78页的《熔盐强迫对流换热试验系统概念设计》报告。在该报告的“对流传热实验关联式”一节中,提到了3篇熔盐对流传热研究文献,该节3页中80%篇幅直接引用了分别以实验室吴玉庭教授和刘斌博士为第一作者的两篇国际英文期刊论文。该报告推荐了6个熔盐对流传热实验关联式,给出了4张对流换热关系曲线图,这些公式和图全部来自上述2篇学术论文。
美国爱达荷核能国家实验室是美国最大的国家级核能研究机构,世界上第一台用于发电的核反应堆就诞生于此,该实验室在世界范围内先后参与了52个反应堆的设计和运行,目前还担负着美国新核能技术战略研究计划。
意大利恩里科·费米核研究中心在2010(65卷)《化工科学》上发表了论文《熔盐反应堆热工水力学特性的建模和分析》,也引用了该团队的上述两篇文章,并对此评价道:“实际上,许多论文已经考虑了没有内热源的熔盐传热,对熔盐传热特性给出了很好的评估。”
2010年8月30日,国家自然科学基金委员会与日本科学技术振兴机构在北京共同召开的“余热能量回收技术”学术会议上,马重芳作了有关熔盐传热的主旨学术报告,受到了日本科学技术振兴机构参会官员的高度评价。2010年9月1日,日本科学技术振兴机构本部长高松朋为代表的一行4人对实验室进行了参观访问。
此外,美国内华达州立大学拉斯维加斯分校、台湾清华大学以及韩国能源研究所等研究机构的知名学者也专程到北京工业大学进行熔盐传热蓄热的参观和交流。
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