熔融金屬液柱注入冷卻劑過程中的表面失穩(wěn)與碎化研究.pdf

1、在熔融物堆內(nèi)滯留-應(yīng)急堆腔注水（IVR-ERVC）措施失效時(shí)，堆芯熔融物會(huì)從壓力容器破口處流出，注入堆坑內(nèi)的冷卻劑中。熔融堆芯液柱在冷卻劑中的碎化可能會(huì)導(dǎo)致蒸汽爆炸的發(fā)生，帶來放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中去的風(fēng)險(xiǎn)。因此，熔融液柱注入冷卻劑過程中的碎化機(jī)理與現(xiàn)象的研究是 IVR-ERVC失效負(fù)面風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要組成內(nèi)容。但是目前熔融金屬液柱注入冷卻劑過程界面失穩(wěn)的微觀機(jī)理分析缺乏研究工具，而宏觀的碎化現(xiàn)象的模擬又因缺乏自主軟件而分析范圍受限，導(dǎo)致

2、相應(yīng)的事故評(píng)價(jià)受制于國外軟件。
　　本研究基于JASMINE程序，開發(fā)了應(yīng)用于熔融金屬液柱自由表面跟蹤研究的JASMINE-VOF程序。該程序的主要改進(jìn)和擴(kuò)展包括壓力場(chǎng)與流場(chǎng)計(jì)算方法的修改，界面跟蹤算法的增加，以及連續(xù)表面張力模型和Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性碎化模型的增加。經(jīng)過一系列基本算例的驗(yàn)證表明，該程序可以用于多相流自由界面跟蹤問題的計(jì)算。在完成開發(fā)與驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，本文應(yīng)用JASMINE-VOF程序分析了熔融金

3、屬液柱注入冷卻劑碎化過程的微觀機(jī)理和宏觀現(xiàn)象。最后，為了彌補(bǔ)目前JASMINE-VOF在工程問題計(jì)算方面的不足，本文應(yīng)用國外軟件 MC3D分析了幾個(gè)典型的核電廠嚴(yán)重事故作為補(bǔ)充。
　　本文通過 JASMINE-VOF的計(jì)算得到了熔融金屬液柱注入冷卻劑過程中，金屬液柱表面在不同的擾動(dòng)下和不同的介質(zhì)中失穩(wěn)的發(fā)展過程；熔融金屬從容器破口流出的界面運(yùn)動(dòng)圖像，和碎化產(chǎn)物的體積份額分布。通過MC3D的計(jì)算得到了蒸汽爆炸粗混合過程的熔融物分布；