cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2016-6-14-20cvmet-406Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsМОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИELECTRIC AND THERMAL FIELD MODELING IN ELECTROLYZER WITH LIQUID METAL ELECTRODESЕфремовА. Н.EfremovA. N.

мл. науч. сотрудник лаборатории радиохимии ИВТЭ УрО РАН

Junior Researcher of Radiochemistry laboratory

alexandr_efremoff@mail.ruХохловВ. А.KhokhlovV. A.

докт. хим. наук, гл. науч. сотрудник лаборатории расплавленных солей ИВТЭ УрО РАН, проф. кафедры неорганической химии УрФУ

Dr. Sci. (Chem.), Prof., Major Researcher of Laboratory of molten salts, IHTE UrB RAS, Prof. of Department of inorganic chemistry, Ural Federal University

vladkhokh@mail.ruИсуповС. В.IsupovS. V.

мл. науч. сотрудник лаборатории расплавленных солей ИВТЭ УрО РАН

Junior Researcher of Laboratory of molten salts

isupov.s.v@mail.ruЗайковЮ. П.ZaikovYu. P.

докт. хим. наук, проф., зав. кафедрой технологии электрохимических производств УрФУ, науч. руководитель ИВТЭ УрО РАН

Dr. Sci. (Chem.), Prof., Research Supervisor of IHTE UrB RAS, Head of Department «Technology of electrochemical productions», UrFU

dir@ihte.uran.ruИнститут высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН, г. ЕкатеринбургРоссияIHTE UrB RASRussian FederationИнститут высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ)РоссияIHTE UrB RAS, Ural Federal UniversityRussian FederationИнститут высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАНРоссияIHTE UrB RASRussian FederationИнститут высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ)РоссияIHTE UrB RAS, UrFURussian Federation201601022017061420Copyright © Ефремов А.Н., Хохлов В.А., Исупов С.В., Зайков Ю.П., 20172017Ефремов А.Н., Хохлов В.А., Исупов С.В., Зайков Ю.П.Efremov A.N., Khokhlov V.A., Isupov S.V., Zaikov Y.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/406

Методом математического моделирования изучено влияние состава расплавленного электролита и геометрической конфигурации электролизера с жидкометаллическими свинцовыми электродами на пространственное распределение постоянного тока и температуры в аппарате типа «тигель в тигле», рассмотренном в качестве прототипа устройства для переработки отработавшего ядерного топлива. Показано, что рассчитанные по модели параметры хорошо согласуются с экспериментальными данными.

The paper uses mathematical modeling to study the influence of molten electrolyte composition and the geometric configuration of the electrolyzer with liquid metal lead electrodes on the spatial distribution of DC and the temperature in the «crucible in crucible» type apparatus considered as a prototype of the device for reprocessing of spent nuclear fuel. It is shown that the calculated model parameters are in good agreement with the experimental data.

моделированиеэлектрическое полетепловое полерафинированиежидкометаллические электродыmodelingelectric fieldthermal fieldrefiningliquid metal electrodesReferencesSakamura Y., Shirai O., Iwai T., Suzuki Y. Distribution behavior of plutonium and americium in LiCl—KCl eutectic. Liquid cadmium systems // J. Alloys and Compounds. 2001. Vol. 321. P. 76 —83.Sakamura Y., Shirai O., Iwai T., Suzuki Y. Distribution behavior of plutonium and americium in LiCl—KCl eutectic. Liquid cadmium systems. J. Alloys and Compounds. 2001. Vol. 321. P. 76—83.Hebditch D., Hanson B., Lewin R., Beetham S., Jenkins J., Sims H. Electrorefining of uranium and electro partitioning of U, Pu, Am, Nd and Ce // Proc. of Global 2003 (New Orleans, LA, November 16—20, 2003). P. 1574—1581.Hebditch D., Hanson B., Lewin R., Beetham S., Jenkins J., Sims H. Electrorefining of uranium and electro partitioning of U, Pu, Am, Nd and Ce. In: Proc. of Global 2003 (New Orleans, LA, November 16—20, 2003). P. 1574— 1581.Satoh T., Iwai T., Arai Y. Electrolysis of burn up-simulated uranium nitride fuels in LiCl—KCl eutectic melts // J. Nucl. Sci. Technol. 2009. Vol. 46. P. 557—563.Satoh T., Iwai T., Arai Y. Electrolysis of burn up-simulated uranium nitride fuels in LiCl—KCl eutectic melts. J. Nucl. Sci. Technol. 2009. Vol. 46. P. 557—563.Song K, Lee H., Hur J., Kim J., Ahn D., Cho Y. Status of pyroprocessing technology development in Korea // Nucl. Eng. Technol. 2010. Vol. 42. P. 131—144.Song K, Lee H., Hur J., Kim J., Ahn D., Cho Y. Status of pyroprocessing technology development in Korea. Nucl. Eng. Technol. 2010. Vol. 42. P. 131—144.Koyama T., Sakamura Y., Iizuka M., Kato T., Murakami T., Glatz J.-P. Development of pyro-processing fuel cycle technology for closing actinide cycle // Proc. Chem. 2012. Vol. 7. P. 772—778.Koyama T., Sakamura Y., Iizuka M., Kato T., Murakami T., Glatz J.-P. Development of pyro-processing fuel cycle technology for closing actinide cycle. Proc. Chem. 2012. Vol. 7. P. 772—778.Shirai O., Uozumi K., Iwai T., Arai Y. Electrode reaction of the U3+/U couple at liquid Cd and Bi electrodes in LiCl— KCl eutectic melts // Anal. Sci. 2001. Vol. 17. P. i959—i962.Shirai O., Uozumi K., Iwai T., Arai Y. Electrode reaction of the U3+/U couple at liquid Cd and Bi electrodes in LiCl— KCl eutectic melts. Anal. Sci. 2001. Vol. 17. P. i959—i962.Smolenski V., Novoselova A., Osipenko A., Kormilitsyn M., Luk’yanova Ya. Thermodynamics of separation of uranium from neodymium between the gallium-indium liquid alloy and the LiCl—KCl molten salt phases // Electrochim. Acta. 2014. Vol. 133. P. 354—358.Smolenski V., Novoselova A., Osipenko A., Kormilitsyn M., Luk’yanova Ya. Thermodynamics of separation of uranium from neodymium between the gallium-indium liquid alloy and the LiCl—KCl molten salt phases. Electrochim. Acta. 2014. Vol. 133. P. 354—358.Smolenski V., Novoselova A., Osipenko A., Maershin A. Thermodynamics and separation factor of uranium from lanthanum in liquid eutectic gallium-indium alloy/molten salt system // Electrochim. Acta. 2014. Vol. 145. P. 81—85.Smolenski V., Novoselova A., Osipenko A., Maershin A. Thermodynamics and separation factor of uranium from lanthanum in liquid eutectic gallium-indium alloy/molten salt system. Electrochim. Acta. 2014. Vol. 145. P. 81—85.Omel’chuk A.A. Thin-layered electrolysis in molten electrolytes // Russ. J. Electrochem. 2007. Vol. 43. P. 1007—1015.Omel’chuk A.A. Thin-layered electrolysis in molten electrolytes. Russ. J. Electrochem. 2007. Vol. 43. P. 1007—1015.Делимарский Ю.К., Зарубицкий О.Г. Электролитическое рафинирование тяжелых металлов в ионных расплавах. М.: Металлургия, 1975.Delimarskij Yu.K., Zarubitskij O.G. Electroliticheskoe rafinirovanie tyazholyh metallov v ionnyh rasplavah [Electrolytic refining of heavy metals in the ionic melts]. Mos-cow: Metallurgiya, 1975.Делимарский Ю.К. Теоретические основы электролиза ионных расплавов. М.: Металлургия, 1986.Delimarskij Yu.K. Teoreticheskie osnovy electroliza ionnyh rasplavov [Fundamentals for a electrolysis of ionic melts]. Moscow: Metallurgiya, 1986.Omel’chuk A.A. Electrorefining of heavy nonferrous metals in molten electrolytes // Russ. J. Electrochem. 2010. Vol. 46. P. 680—690.Omel’chuk A.A. Electrorefining of heavy nonferrous metals in molten electrolytes. Russ. J. Electrochem. 2010. Vol. 46. P. 680—690.Efremov A.N., Khalimullina Yu.R., Pershin P.S., Arkhipov P.A., Zaikov Yu.P. Influence of the electrolyte composition on the current distribution in an electrolytic cell with liquid metal electrodes // Russ. Metallurgy (Metally). 2015. No. 2. P. 115—120.Efremov A.N., Khalimullina Yu.R., Pershin P.S., Arkhipov P.A., Zaikov Yu.P. Influence of the electrolyte composition on the current distribution in an electrolytic cell with liquid metal electrodes. Russ. Metallurgy (Metally). 2015. No. 2. P. 115—120.Иванов В.Т., Щербинин С.А., Галимов А.А. Математическое моделирование электротепломассопереноса в сложных системах. Уфа: БНЦ УрО РАН СССР, 1991.Ivanov V.T., Scherbinin S.A., Galimov A.A. Matematicheskoe modelirovanie electroteplomassoperenosa v slozhnyh sistemah [Mathematic modeling of electro, heat and mass transfer in complex systems]. Ufa: BSC UB RAS USSR, 1991.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. М.: Высш. шк., 1978.Bessonov L.A. Teoreticheskie osnovy electrotehniki. Elect-romagnitnoe pole [Fundamentals of electrical engineering. An electromagnetic field]. Moscow: Vysshaya shkola, 1978.Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.Segerlind L. Primenenie metoda konechnyh elementov [Application of the finite element method]. Moscow: Mir, 1979.Балкевич В.Л. Техническая керамика: Учеб. пос. для втузов. 2-е изд. М.: Стройиздат, 1984.Balkevich V.L. Tehnicheskaya keramika [Technical ceramics: textbook for technical colleges]. Moscow: Stroiizdat, 1984.ASM Metals Handbook. Vol. 1: Properties and selection: irons, steels, and high-performance alloys. 10-th ed. Ohio: ASM International, 1990.ASM Metals Handbook. Vol. 1: Properties and selection: irons, steels, and high-performance alloys. 10-th ed. Ohio: ASM International, 1990.Desai P.D., Chu T.K., James H.M., Ho C.Y. Electrical Re-sistivity of selected elements // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1984. Vol. 13. No. 4. P. 1069—1096.Desai P.D., Chu T.K., James H.M., Ho C.Y. Electrical Resistivity of selected elements. J. Phys. Chem. Ref. Data. 1984. Vol. 13. No. 4. P. 1069—1096.Shinno H., Kitajima M., Okada M. Thermal stress analysis of high heat flux materials // J. Nucl. Mater. 1988. Vol. 155—157 P. 290—294.Shinno H., Kitajima M., Okada M. Thermal stress analysis of high heat flux materials. J. Nucl. Mater. 1988. Vol. 155—157. P. 290—294.Giordanengo B., Benazzi N., Vinckel J., Gasser J.G., Roubi L. Thermal conductivity of liquid metals and metallic alloys // J. Non-Crystal. Sol. 2000. Vol. 250—252. P. 377—383.Giordanengo B., Benazzi N., Vinckel J., Gasser J.G., Roubi L. Thermal conductivity of liquid metals and metallic alloys. J. Non-Crystal. Sol. 2000. Vol. 250—252. P. 377—383.Gale W.F., Totemeier T.C. Smithells metals reference book. 8-th ed. Amsterdam: Elsevier, 2004.Gale W.F., Totemeier T.C. Smithells metals reference book. 8-th ed. Amsterdam: Elsevier, 2004.Iida. T., R.I.L. Guthrie. The physical properties of liquid metals. Oxford: Clarendon Press, 1988.Iida. T., R.I.L. Guthrie. The physical properties of liquid metals. Oxford: Clarendon Press, 1988.Efremov A.N., Arkhipov P.A., Zaikov Yu.P. Simulation of the electric field in an electrolytic cell with a liquid metal anode // Russ. Metallurgy (Metally). 2013. No. 2. P. 96—99.Efremov A.N., Arkhipov P.A., Zaikov Yu.P. Simulation of the electric field in an electrolytic cell with a liquid metal anode. Russ. Metallurgy (Metally). 2013. No. 2. P. 96—99.Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: ГИФМЛ, 1959.Levich V.G. Fiziko-khimicheskaya gidrodinamika [Physicochemical hydrodynamics]. Moscow: GIFML, 1959.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.