Conductivité thermique du sodium (liquide)
Le sodium liquide est utilisé comme fluide caloporteur dans certains types de réacteurs nucléaires en raison de la conductivité thermique élevée et de la section efficace d’absorption des neutrons nécessaires pour obtenir un flux de neutrons élevé dans le réacteur. Les propriétés de conductivité thermique élevées créent efficacement un réservoir de capacité calorifique qui fournit une inertie thermique contre la surchauffe.
Référence spéciale: Propriétés thermophysiques des matériaux pour le génie nucléaire: didacticiel et collecte de données. AIEA-THPH, AIEA, Vienne, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.
Conductivité thermique des liquides
Comme il a été écrit, dans les liquides, la conduction thermique est causée par la diffusion atomique ou moléculaire, mais les mécanismes physiques permettant d’expliquer la conductivité thermique des liquides ne sont pas bien compris. Les liquides ont tendance à avoir une meilleure conductivité thermique que les gaz et la capacité de s’écouler en fait un liquide apte à éliminer l’excès de chaleur des composants mécaniques. La chaleur peut être évacuée en canalisant le liquide à travers un échangeur de chaleur. Les liquides de refroidissement utilisés dans les réacteurs nucléaires comprennent l’eau ou des métaux liquides, tels que le sodium ou le plomb.
La conductivité thermique des liquides non métalliques diminue généralement avec l’augmentation de la température.
Conductivité thermique des métaux
Les métaux sont des solides et possèdent en tant que tels une structure cristalline où les ions (les noyaux entourés de leur coquille d’électrons du noyau) occupent des positions équivalentes en traduction dans le réseau cristallin. Les métaux ont généralement une conductivité électrique élevée , une conductivité thermique élevée et une densité élevée. En conséquence, le transport de l’énergie thermique peut être dû à deux effets:
- la migration des électrons libres
- ondes de vibration du réseau (phonons).
Lorsque les électrons et les phonons transportent de l’énergie thermique conduisant à un transfert de chaleur par conduction dans un solide, la conductivité thermique peut être exprimée comme suit:
k = k e + k ph
La caractéristique unique des métaux en ce qui concerne leur structure est la présence de porteurs de charges, en particulier les électrons . Les conductivités électriques et thermiques des métaux proviennent du fait que leurs électrons externes sont délocalisés . Leur contribution à la conductivité thermique est appelée conductivité thermique électronique, k e . En fait, dans les métaux purs tels que l’or, l’argent, le cuivre et l’aluminium, le courant thermique associé au flux d’électrons dépasse de loin une petite contribution due au flux de phonons. En revanche, pour les alliages, la contribution de k ph à k n’est plus négligeable.
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