Experiments and numerical analysis have been performed to investigate the preoxidation effect when zircaloy-4 specimen were oxidized at a higher temperature after a period of exposure at a lower temperature.
The oxidation experiments were done between $700^\circ{C}$ and $850^\circ {C}$ after preoxidation at $650^\circ{C}$ in steam-water mixture for 600 seconds and 1800 seconds. As the preoxidized layer thickness increases, the oxidation rate at higher temperature becomes lower than that of as-received claddings. And oxidation rate transition region exists in the preoxidized specimens, the region disappears rapidly as oxidation temperature increases. This effect appears clearly at lower temperature.
In the numerical analysis, the governing equations are one-dimensional coupled diffusion equations and stresses in the oxide generated during oxidation are neglected. In this analysis, the growth rate of oxide layer thickness and weight gains was affected by the preoxidized layer thicknesses.
The preoxidation effect was explained by the oxide defect structures existing at the temperature ranges considered.
원자력 발전소 가동중에 피복재에 생기는 얇은 산화층의 두께에 따른 고온에서의 산화거동을 관찰하기 위하여 실험과 전산작업을 수행하였다.
실험은 지르칼로이 - 4 판재 시편을 $650^\circ{C}$에서 10분, 30분 동안 산화시켜서 4μm, 7μm 의 산화층을 형성시킨 후 $700^\circ{C}$에서 $850^\circ{C}$까지의 산화거동을 관찰하였다.
수치적으로는 금속내에서 기체의 확산 모델에 의한 지배 방정식을 계산시간 및 해의 안정성을 고려하여 Fully-implicit scheme을 적용하여 풀었다.
기산화층이 존재했을 때 고온에서의 산화율은 감소했으며 이 영향은 낮은 온도 일수록 크게 나타났으며 온도가 증가 할수록 감소하였다. 기산화층의 두께가 두꺼울수록 산화율은 감소하였고 또한 온도가 올라갈수록 기산화층의 영향은 감소하였다.