熔融物與冷卻劑相互作用過(guò)程粗混合階段的數(shù)值模擬分析.pdf

1、高溫的熔融物與冷卻劑相互作用(FCI，F(xiàn)uel Coolant Interaction)會(huì)引起蒸汽爆炸現(xiàn)象。在核電廠(chǎng)發(fā)生堆芯熔化的嚴(yán)重事故時(shí)，處于高溫的堆芯熔融物會(huì)與容器內(nèi)的冷卻劑相互作用，發(fā)生蒸汽爆炸，產(chǎn)生巨大壓力，對(duì)周?chē)南到y(tǒng)及工作環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的破壞。因此，熔融物與冷卻劑相互作用過(guò)程是核能方面研究的重點(diǎn)。
　　熔融物與冷卻劑相互作用過(guò)程一般分為粗混合、觸發(fā)、壓力傳播和膨脹四個(gè)階段。在粗混合階段，熔融物液柱碎化成熔融物液滴，增大

2、了熔融物與冷卻劑的接觸面積，強(qiáng)化了熔融物與冷卻劑之間的傳熱，對(duì)后續(xù)的三個(gè)階段影響很大。因此，本文結(jié)合上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的METRIC程序的粗混合模塊，對(duì)熔融物與冷卻劑相互作用過(guò)程的粗混合階段進(jìn)行數(shù)值模擬研究，開(kāi)展了如下工作:
　　(1)本文結(jié)合典型的FCI粗混合實(shí)驗(yàn)中的K-32與K-38實(shí)驗(yàn)，對(duì)新開(kāi)發(fā)的METRIC程序的粗混合模塊進(jìn)行了合理性驗(yàn)證。通過(guò)比較模擬與實(shí)驗(yàn)中冷卻劑液位的膨脹高度及熔融物液柱的入水深度及FCI過(guò)程中熔融物液柱

3、碎化過(guò)程、熔融物液滴及蒸汽的分布等現(xiàn)象，認(rèn)為METRIC程序能夠比較合理的模擬熔融物與冷卻劑相互作用的粗混合階段;
　　(2)本文對(duì)FCI粗混合階段數(shù)值計(jì)算的主要數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究:熔融物液柱碎化模型中，生成熔滴的初始直徑影響FCI的傳熱過(guò)程，計(jì)算時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況合理選擇熔滴的初始直徑;熔融物液柱碎化的Saito模型與Meignen模型的計(jì)算結(jié)果基本一致;熔融物液滴的粗碎化過(guò)程對(duì)冷卻劑的蒸發(fā)影響很大，從而影響后續(xù)的蒸汽爆炸階段;對(duì)

4、傳熱模型分析認(rèn)為對(duì)流換熱在熔融物與冷卻劑相互作用的粗混合階段起主導(dǎo)作用，液柱傳熱過(guò)程對(duì)總的冷卻劑蒸發(fā)量及液柱的碎化影響非常小;
　　(3)本文還研究了初始條件對(duì)粗混合現(xiàn)象的影響，分別選擇熔融物液柱直徑、熔融物入水的速度及初始冷卻劑溫度等初始工況為變量，并選擇典型的堆外發(fā)生FCI過(guò)程進(jìn)行模擬，分析認(rèn)為:熔融物液柱的直徑越大，其碎化的速率越快，產(chǎn)生的蒸汽量也相對(duì)較多;熔融物入水的速度越大，其與冷卻劑的相對(duì)速度也越大，在不穩(wěn)定波的作用下