Численное моделирование движения границы гидридообразования в оболочке из циркониевого сплава
Аннотация
Одним из важных требований к изделиям из циркониевых сплавов активной зоны реакторов является низкое поглощение водорода, поскольку водородное охрупчивание может стать одной из причин разрушения циркониевой оболочки. В зависимости от уровня содержания водорода и температуры водород может находиться в циркониевых сплавах в виде твердого раствора или в виде гидридов. Наибольший охрупчивающий эффект оказывают гидриды, так как они могут служить участками образования и развития трещин. Проблема состоит в моделировании динамики свободной границы фазового перехода и оценке распределений концентраций в гидриде и в сплаве. В статье представлены математическая модель гидрирования циркониевого сплава с учетом фазового перехода (гидридообразования) и итерационный вычислительный алгоритм решения нелинейной краевой задачи со свободной границей раздела фаз на основе неявных разностных схем.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Взаимодействие водорода с металлами / Ред. А.П. Захаров. М.: Наука, 1987.
Водород в металлах / Ред. Г. Алефельд, И. Фёлькль. М.: Мир, 1981.
Изотопы водорода. Фундаментальные и прикладные исследования / Ред. А.А. Юхимчук. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009.
Писарев А. А., Цветков И. В., Маренков Е. Д., Ярко С. С. Проницаемость водорода через металлы. М.: МИФИ, 2008.
Черданцев Ю.П., Чернов И.П., Тюрин Ю.И. Методы исследования систем металл–водород. Томск: ТПУ, 2008.
Denisov E.A., Kompaniets M.V., Kompaniets T.N., Bobkova I.S. Peculiarities of hydrogen permeation through Zr–1%Nb alloy and evaluation of terminal solid solubility // Journal of Nuclear Materials. 2016. Vol. 472. P. 13–19. doi:10.1016/j.jnucmat.2016.01.022
Evard E.A., Gabis I.E., Yartys V.A. Kinetics of hydrogen evolution from MgH2: Experimental studies, mechanism and modelling // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35, iss. 17. P. 9060–9069. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.05.092
Handbook of hydrogen storage: new materials for future energy storage / Edt. M. Hirscher. Wiley–VCH, 2010.
Lototskyy M.V., Yartys V.A., Pollet B.G., Bowman R.C. Jr. Metal hydride hydrogen compressors: a review // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39, iss. 11. P. 5818–5851. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.01.158
Pushilina N.S., Kudiiarov V.N., Laptev R.S., Lider A.M., Teresov A.D. Microstructure changes in Zr–1Nb alloy after pulsed electron beam surface modification and hydrogenation // Surface and Coatings Technology. 2015. Vol. 284. P. 63–68. doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.07.082
Заика Ю.В., Родченкова Н.И., Грудова К.В. Численное моделирование динамики свободной границы гидридообразования // Труды КарНЦ РАН. 2018. № 7. С. 14–24. doi: 10.17076/mat843
The hydrogen economy / Eds. M. Ball, M. Wietschel. Cambridge University Press, 2009.
Zaika Yu.V., Bormatova E.P. Parametric identification of hydrogen permeability model by delay times and conjugate equations // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1295–1305. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.07.099
Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Boundary-value problem with moving bounds and dynamic boundary conditions: Diffusion peak of TDS-spectrum of dehydriding. Applied Mathematical Modelling. 2009. Vol. 33, iss. 10. P. 3776–3791. doi: 10.1016/j.apm.2008.12.018
Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Hydrogen-solid boundary-value problems with dynamical conditions on surface // Mathematical Modelling. Nova Sci. Publishers. 2013. P. 269–302.
Rodchenkova N.I., Zaika Yu.V. Numerical modelling of hydrogen desorption from cylindrical surface // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1239–1247. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.06.121
REFERENCES in ENGLISH
Vzaimodeistvie vodoroda s metallami [Interactions of hydrogen with metals]. Moscow: Nauka, 1987. 296 p.
Vodorod v metallakh [Hydrogen in metals]. Moscow: Mir, 1981. Vol.1,2. 506,403 p.
Izotopy vodoroda. Fundamental’nye i prikladnye issledovaniya [Hydrogen isotopes. Fundamental and applied studies]. Sarov: RFYaTs-VNIIEF, 2009. 697 p.
Pisarev A. A., Tsvetkov I. V., Marenkov E. D., Yarko S. S. Pronitsaemost’ vodoroda cherez metally [Hydrogen permeability through metals]. Moscow: MIFI, 2008. 144 p.
Cherdantsev Yu.P., Chernov I.P., Tyurin Yu.I. Metody issledovaniya sistem metall–vodorod [Methods of studying metal-hydrogen systems]. Tomsk: TPU, 2008. 286 p.
Denisov E.A., Kompaniets M.V., Kompaniets T.N., Bobkova I.S. Peculiarities of hydrogen permeation through Zr–1%Nb alloy and evaluation of terminal solid solubility. Journal of
Nuclear Materials. 2016. Vol. 472. P. 13–19. doi:10.1016/j.jnucmat.2016.01.022
Evard E.A., Gabis I.E., Yartys V.A. Kinetics of hydrogen evolution from MgH2 : Experimental
studies, mechanism and modelling. International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35, iss. 17. P. 9060–9069. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.05.092
Handbook of hydrogen storage: new materials for future energy storage. Wiley–VCH, 2010.
p.
Lototskyy M.V., Yartys V.A., Pollet B.G., Bowman R.C. Jr. Metal hydride hydrogen compressors: a review. International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39, iss. 11. P. 5818–5851. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.01.158
Pushilina N.S., Kudiiarov V.N., Laptev R.S., Lider A.M., Teresov A.D. Microstructure changes in Zr–1Nb alloy after pulsed electron beam surface modification and hydrogenation. Surface and Coatings Technology. 2015. Vol. 284. P. 63–68. doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.07.082
Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I., Grudova K.V. Chislennoe modelirovanie dinamiki svobodnoi granitsy gidridoobrazovaniya [Numerical simulation of the dynamics of the free boundary of hydride formation]. Trudy KarNTs RAN. [Trans. KarRC RAS]. 2018. No 7. P. 14–24. doi: 10.17076/mat843
The hydrogen economy. Cambridge Univ. Press, 2009. 646 p.
Zaika Yu.V., Bormatova E.P. Parametric identification of hydrogen permeability model by delay times and conjugate equations. International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1295–1305. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.07.099
Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Boundary-value problem with moving bounds and dynamic boundary conditions: Diffusion peak of TDS-spectrum of dehydriding. Applied Mathematical
Modelling. 2009. Vol. 33, iss. 10. P. 3776–3791. doi: 10.1016/j.apm.2008.12.018
Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Hydrogen-solid boundary-value problems with dynamical conditions on surface. Mathematical Modelling. Nova Sci. Publishers. 2013. P. 269–302.
Rodchenkova N.I., Zaika Yu.V. Numerical modelling of hydrogen desorption from cylindrical surface. International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, iss. 1. P. 1239–1247. doi:
1016/j.ijhydene.2010.06.121
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/mat1094
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019