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作为新能源,核能的发展和利用是当前缓解能源危机有效措施。根据能源需求和能源生产结构,各国已大力开展有关核能利用的技术研究。近年来的研究发现,液态锂可以作为核反应堆装置中面对等离子体材料的候选之一,因为它具有许多优良性能.例如液态锂壁比固态壁可承受更大的表面热负荷,且无中子辐照损伤;能有效抑制高有效数离子返回等离子体;通过循环使用,能有效的吸附氢和杂质,容易实现热量排除和吸附粒子的更新,故液态锂壁具有一定的自我修复能力和可更新性,对核聚变装置的稳定运行有着至关重要的影响。作为新概念设计的液态锂壁,其在基底材料中的流动特性备受关注。 本文利用非平衡分子动力学方法研究了液态锂在金属微通道内的流动行为。通过构建金属铜(111)、(100)和(110)晶面和铁(100)和铁(110)晶面的微通道内壁,本文研究了液态锂在流固界面上的微观结构以及在金属微通道中的流动速度分布情况,并探讨了微通道尺寸和流固界面的形貌对液态锂流动行为的影响。研究结果表明金属微通道内的液态锂在靠近铜和铁固体壁附近区域呈有序的层状结构分布,并受固体壁晶面微观结构的影响。铜(111)和(100)面内壁附近的液态锂有序层分布结构更明显,液态锂与铜(111)面之间的真空间隙层更宽;液态锂在铜(110)面附近分层结构不如另外两种流固界面明显,且出现了锂原子扩散进入铜壁,形成合金层的现象.液态锂在面对铁的流固界面流动时,其密度也出现了有序分层类似阻尼振荡的分布结构,且密度分布的峰值大于流固界面为铜时的情况。流固界面为铁(110)时,液态锂与固体界面间的真空间隙层大于流固界面为铁(100)的情况。外驱力作用下的液态锂在金属微通道内的流动速度呈抛物线分布,流固界面和流动方向对液态锂的流动速度都会产生影响。液态锂在铜(111)面内壁上流动的速度最大,且出现了速度滑移;在铜(110)面内壁上流动速度最小。与金属铜相比较,相同外驱力作用下的液态锂在铁的微通道内的流动速度大于铜的。液态锂在铁(110)面上流动的速度比铁(100)面的大,且流固界面附近出现了明显的速度滑移现象。流固界面为铁(110)时液态锂沿不同方向流动时速度大小也不相同。通过对不同尺寸的微通道内液态锂流动行为的研究,发现流动速度的大小随着微通道尺寸的增加而增大,且最大速度与微通道尺寸呈二次函数关系;流固界面为铜(100)面时,计算结果与有关理论计算结果符合得很好。流固界面为铜(111)面时,计算结果略大于理论计算结果;而流固界面为铜(110)时,计算结果略小于理论计算结果。流固界面的形貌直接影响液态锂的流速,流固界面越粗糙,流速越小,流固界面处的速度滑移现象越不明显。通过流体理论计算热通量发现,流固界面及流速方向的选择均会影响到流固界面附近液态锂的热通量,且越靠近流固界面大小区别越明显。