豎直錫包殼熔化過程的實驗分析和數(shù)值模擬.pdf

1、核反應(yīng)堆嚴(yán)重事故的研究是近幾十年來核安全領(lǐng)域的重要課題。自三哩島事故后，世界多國的多個組織或者機構(gòu)分別進行了不同類型的大型實驗，探究嚴(yán)重事故中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象和機理，同時也發(fā)展了如SCDAP/RELAP5和MELCOR等多種嚴(yán)重事故系統(tǒng)分析程序。單根燃料棒的熔化過程作為嚴(yán)重事故中堆芯損壞的重要環(huán)節(jié)，決定著事故的發(fā)展走向和嚴(yán)重程度。然而，現(xiàn)有的對堆芯熔化中燃料棒的熔化的相關(guān)認(rèn)知依然缺乏，嚴(yán)重事故分析程序?qū)@一過程的處理也多做工程簡化或忽略。

2、以單根燃料棒的熔化過程為研究目的，本文通過實驗?zāi)M和數(shù)值計算的手段對錫包殼的熔化過程進行詳細(xì)的研究。
　　模擬實驗采用低熔點金屬錫作為熔化對象，通過重鑄和再加工，形成不銹鋼加熱棒外裹特定厚度的錫包殼。通過改變加熱功率、包殼厚度以及環(huán)境條件等影響條件，分析對包殼的熔化過程的影響。實驗采用可視化，并用DV機記錄熔化過程中的形態(tài)變化。實驗結(jié)果歸納了熔化過程中的三個階段:加熱階段、熔化階段和解體階段，其中的熔化階段根據(jù)出現(xiàn)的現(xiàn)象分為液滴析

3、出、腫脹變形和“熔孔”三個環(huán)節(jié)。針對其中的腫脹變形和“熔孔”現(xiàn)象，引入圓柱壁應(yīng)力模型進行定性分析，得出腫脹變形程度取決于包殼厚度。對包殼出現(xiàn)的“熔孔”現(xiàn)象進行定量分析和預(yù)測，得出包殼“熔孔”破裂失效高度隨著加熱功率升高而降低，而且與加熱功率和熔化時間呈函數(shù)關(guān)系。最后，本文對比了不同的環(huán)境條件對熔化過程產(chǎn)生的影響。
　　數(shù)值計算采用成熟CFD軟件ANSYS FLUENT，利用其中的凝固/熔化模型與VOF耦合對實驗進行二維計算。與實驗