Wärmeleitfähigkeitsformel – Gleichung
Die Wärmeübertragungseigenschaften eines festen Materials werden durch eine Eigenschaft gemessen, die als Wärmeleitfähigkeit k (oder λ) bezeichnet wird und in W / mK gemessen wird . Es ist ein Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, Wärme durch Wärmeleitung durch ein Material zu übertragen. Beachten Sie, dass das Fourier-Gesetz für alle Materie gilt, unabhängig von ihrem Zustand (fest, flüssig oder gasförmig). Daher gilt es auch für Flüssigkeiten und Gase.
Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Flüssigkeiten und Feststoffe variiert mit der Temperatur. Bei Dämpfen kommt es auch auf den Druck an. Im Allgemeinen:
Die meisten Materialien sind nahezu homogen, daher können wir normalerweise k = k (T) schreiben . Ähnliche Definitionen sind mit Wärmeleitfähigkeiten in y- und z-Richtung (k y , k z ) verbunden, aber für ein isotropes Material ist die Wärmeleitfähigkeit unabhängig von der Übertragungsrichtung, k x = k y = k z = k.
Das Fourier-Gesetz ist ein Ausdruck, der die Wärmeleitfähigkeit definiert .
Urandioxid – Wärmeleitfähigkeitsformel
Die meisten DWR verwenden den Uranbrennstoff , der in Form von Urandioxid vorliegt . Urandioxid ist ein schwarzer halbleitender Feststoff mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit . Andererseits hat das Urandioxid einen sehr hohen Schmelzpunkt und ein bekanntes Verhalten . Das UO2 wird zu Pellets gepresst , diese Pellets werden dann in den Feststoff gesintert.
Diese Pellets werden dann in einem Brennstab (oder Brennstoff pin) geladen und eingekapselt, die aus Zirconium – Legierungen sind aufgrund seines sehr geringen Absorptionsquerschnittes (im Unterschied zu dem rostfreien Stahl). Die Oberfläche des Rohrs, die die Pellets bedeckt, wird als Brennstoffhülle bezeichnet . Brennstäbe sind Basiselement eines Brennelementes.
Die Wärmeleitfähigkeit von Urandioxid ist im Vergleich zu Metalluran, Urannitrid, Urancarbid und Zirkoniummantelmaterial sehr gering. Die Wärmeleitfähigkeit ist einer der Parameter, die die Temperatur der Kraftstoffmittellinie bestimmen . Diese geringe Wärmeleitfähigkeit kann zu einer lokalen Überhitzung in der Kraftstoffmittellinie führen, weshalb diese Überhitzung vermieden werden muss. Eine Überhitzung des Kraftstoffs wird verhindert, indem die lineare lineare Spitzenheizrate (LHR) oder der Wärmestrom-Heißkanalfaktor – F Q (z) beibehalten werden.unterhalb des Niveaus, bei dem das Schmelzen der Kraftstoffmittellinie auftritt. Die Ausdehnung des Brennstoffpellets beim Schmelzen der Mittellinie kann dazu führen, dass das Pellet die Ummantelung bis zum Versagen belastet.
Die Wärmeleitfähigkeitsformel von festem UO 2 mit einer Dichte von 95% wird durch folgende Korrelation geschätzt [Klimenko; Zorin]:
wobei τ = T / 1000. Die Unsicherheit dieser Korrelation beträgt + 10% im Bereich von 298,15 bis 2000 K und + 20% im Bereich von 2000 bis 3120 K.
Sonderreferenz: Wärme- und Kernkraftwerke / Handbuch ed. von AV Klimenko und VM Zorin. MEI Press, 2003.
Besondere Referenz: Thermophysikalische Eigenschaften von Materialien für die Nukleartechnik: Ein Tutorial und eine Sammlung von Daten. IAEA-THPH, IAEA, Wien, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.
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