本文選題：嚴(yán)重事故 + 蒸汽爆炸��； 參考：《上海交通大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：核反應(yīng)堆嚴(yán)重事故后果極其惡劣,隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和核能安全領(lǐng)域的發(fā)展,迫切希望能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)并緩解嚴(yán)重事故后果,這促使核反應(yīng)堆嚴(yán)重事故研究向更加深入和細(xì)致的方向發(fā)展。蒸汽爆炸是核反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故后熔融物與冷卻劑相互作用的惡劣后果,產(chǎn)生的沖擊波破壞周圍結(jié)構(gòu),會(huì)增加放射性裂變產(chǎn)物釋放到環(huán)境中去的風(fēng)險(xiǎn)。然而,蒸汽爆炸機(jī)理復(fù)雜,其中的關(guān)鍵現(xiàn)象熔融金屬液滴熱碎化至今仍然未獲清晰統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),阻礙對(duì)蒸汽爆炸后果進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。本研究從微觀角度出發(fā),以冷熱液直接接觸傳熱后液態(tài)金屬界面行為為切入點(diǎn),采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值相結(jié)合方式研究了熔融金屬液滴熱碎化現(xiàn)象,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中無法獲得熔滴周圍汽膜塌陷后相互作用圖像的不足,從一個(gè)新的視角和方向深入探析了蒸汽爆炸過程中關(guān)鍵現(xiàn)象熔融金屬液滴熱碎化的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,對(duì)熔融金屬液滴熱碎化過程進(jìn)行分段建模,構(gòu)建了可以適用于蒸汽爆炸分析軟件的熔融金屬液滴熱碎化速率模型,并將熔融金屬液滴熱碎化速率模型嵌入蒸汽爆炸分析程序進(jìn)行應(yīng)用性分析。1.在可視化實(shí)驗(yàn)研究方面,設(shè)計(jì)并搭建低溫熔融金屬蒸汽爆炸實(shí)驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行水滴注入高溫液態(tài)金屬池中發(fā)生接觸式傳熱的小規(guī)模實(shí)驗(yàn),研究融池環(huán)境下伴隨水滴激烈蒸發(fā)的液態(tài)金屬、水和蒸汽多相介質(zhì)之間的運(yùn)動(dòng)及傳熱特性。隨著金屬溫度的升高,實(shí)驗(yàn)依次觀察到三種現(xiàn)象,即水滴彈性現(xiàn)象,輕微反應(yīng)現(xiàn)象以及劇烈反應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)熔融金屬與水直接接觸界面溫度接近或超過自發(fā)核化沸騰溫度,劇烈反應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的概率明顯增加。在劇烈反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,隨著金屬溫度的增加,水滴與熔融金屬反應(yīng)劇烈程度呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)。水滴的溫度和We數(shù)對(duì)反應(yīng)劇烈程度影響不明顯。此外,從直接接觸界面溫度邊界層出發(fā),構(gòu)建直接接觸溫度超過自發(fā)核化沸騰溫度的傳熱模型,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)直接接觸傳熱模型系數(shù)進(jìn)行修正和建議。2.采用基于交錯(cuò)網(wǎng)格的simple算法,開發(fā)三維直角坐標(biāo)系的多相流熱工水力計(jì)算程序,為研究熔融金屬與水相互作用現(xiàn)象提供分析工具。首先,采用程序?qū)θ廴诮饘倥c水滴相互作用典型現(xiàn)象進(jìn)行研究,數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,說明程序能夠?qū)θ廴诮饘俳缑?以及水和蒸汽多相介質(zhì)之間的運(yùn)動(dòng)和傳熱特性進(jìn)行合理模擬。然后,進(jìn)一步對(duì)外部觸發(fā)條件下的熔融金屬液滴熱碎化現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,模擬結(jié)果與Ciccarelli實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,計(jì)算結(jié)果表明冷熱液直接接觸劇烈傳熱和熔融金屬液滴表面的金屬細(xì)絲生長(zhǎng)斷裂是熔融液滴碎化的主要原因。最后,基于熔融金屬液滴周圍汽膜塌陷后熱工水力行為數(shù)值模擬結(jié)果,將熔融金屬液滴熱碎化過程分為熔滴周圍汽膜不穩(wěn)定性、汽膜塌陷冷熱液直接接觸傳熱、熔滴表面不穩(wěn)定性、熔滴表面細(xì)絲生長(zhǎng)和斷裂等四個(gè)階段。3.基于熔融金屬液滴在冷卻劑中的熱碎化現(xiàn)象的四個(gè)階段劃分方法,進(jìn)行理論分析,構(gòu)建熔融金屬液滴熱碎化速率模型。將熔融金屬液滴熱碎化速率模型計(jì)算結(jié)果與單個(gè)熔滴熱碎化實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,結(jié)果表明熔滴熱碎化質(zhì)量速率計(jì)算結(jié)果合理。同時(shí),金屬溫度、密度、初始半徑、直接接觸傳熱系數(shù)等參數(shù)對(duì)熔滴熱碎化質(zhì)量速率的影響符合熔滴熱碎化現(xiàn)象的演化規(guī)律。將本研究模型嵌入到JASMINE-PRO軟件中進(jìn)行了應(yīng)用性分析,對(duì)MIXA實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果表明,使用本研究發(fā)展的熱力學(xué)碎化速率模型的計(jì)算結(jié)果,即熔融金屬碎片、蒸汽及冷卻劑混合物的前端位置,其準(zhǔn)確度相比于Carachalios模型和Esprose模型計(jì)算結(jié)果有了較大提高。結(jié)果表明在熔融金屬與冷卻劑相對(duì)速度較小時(shí),使用水力學(xué)碎化模型計(jì)算的碎化質(zhì)量將小于實(shí)際熱力學(xué)碎化質(zhì)量�；谏鲜鲅芯抗ぷ�,本研究總結(jié)出了熔融金屬液滴在冷卻劑中熱碎化的物理機(jī)理,提供了新的蒸汽爆炸領(lǐng)域研究思路和分析工具,拓展了經(jīng)典蒸汽爆炸現(xiàn)象的研究?jī)?nèi)涵,對(duì)今后的研究工作有一定的啟發(fā)和實(shí)用價(jià)值。
[Abstract]:In this paper , the phenomena of thermal fragmentation of molten metal droplets in the process of vapor explosion have been studied by means of experiments and numerical methods . The theoretical analysis is carried out to build a model for the thermal crushing rate of molten metal droplets . The results show that the calculated results are reasonable . At the same time , the experimental results show that the experimental results show that the experimental results show that the physical mechanism of thermal fragmentation of molten metal droplets is less than the actual thermodynamic crushing quality . The results show that the experimental results show that the physical mechanism of thermal fragmentation of molten metal droplets in the coolant is less than the actual thermodynamic fragmentation quality .

【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TL364.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 袁明豪;楊燕華;李天舒;胡志華;;基于VOF方法的帶相變的自由界面的計(jì)算[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2007年06期

2 李會(huì)雄,陳聽寬;高溫熔融液滴破碎特性實(shí)驗(yàn)研究[J];核動(dòng)力工程;2003年04期

3 王太;李會(huì)雄;李陽;;同軸兩個(gè)氣泡融合特性的數(shù)值研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2013年07期

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本文編號(hào)：1852386