發(fā)布時間：2018-05-06 12:52

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

【摘要】：核反應堆嚴重事故后果極其惡劣,隨著科學技術進步和核能安全領域的發(fā)展,迫切希望能準確預測并緩解嚴重事故后果,這促使核反應堆嚴重事故研究向更加深入和細致的方向發(fā)展。蒸汽爆炸是核反應堆發(fā)生嚴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構,會增加放射性裂變產(chǎn)物釋放到環(huán)境中去的風險。然而,蒸汽爆炸機理復雜,其中的關鍵現(xiàn)象熔融金屬液滴熱碎化至今仍然未獲清晰統(tǒng)一的認識,阻礙對蒸汽爆炸后果進行準確預測。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,采用實驗和數(shù)值相結合方式研究了熔融金屬液滴熱碎化現(xiàn)象,彌補了傳統(tǒng)實驗中無法獲得熔滴周圍汽膜塌陷后相互作用圖像的不足,從一個新的視角和方向深入探析了蒸汽爆炸過程中關鍵現(xiàn)象熔融金屬液滴熱碎化的機理。在此基礎上,對熔融金屬液滴熱碎化過程進行分段建模,構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行應用性分析。1.在可視化實驗研究方面,設計并搭建低溫熔融金屬蒸汽爆炸實驗臺,進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)模實驗,研究融池環(huán)境下伴隨水滴激烈蒸發(fā)的液態(tài)金屬、水和蒸汽多相介質之間的運動及傳熱特性。隨著金屬溫度的升高,實驗依次觀察到三種現(xiàn)象,即水滴彈性現(xiàn)象,輕微反應現(xiàn)象以及劇烈反應現(xiàn)象。當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,劇烈反應現(xiàn)象發(fā)生的概率明顯增加。在劇烈反應實驗中,隨著金屬溫度的增加,水滴與熔融金屬反應劇烈程度呈現(xiàn)緩慢增加趨勢。水滴的溫度和We數(shù)對反應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,并結合實驗數(shù)據(jù),對直接接觸傳熱模型系數(shù)進行修正和建議。2.采用基于交錯網(wǎng)格的simple算法,開發(fā)三維直角坐標系的多相流熱工水力計算程序,為研究熔融金屬與水相互作用現(xiàn)象提供分析工具。首先,采用程序對熔融金屬與水滴相互作用典型現(xiàn)象進行研究,數(shù)值模擬結果與實驗結果基本吻合,說明程序能夠對熔融金屬界面,以及水和蒸汽多相介質之間的運動和傳熱特性進行合理模擬。然后,進一步對外部觸發(fā)條件下的熔融金屬液滴熱碎化現(xiàn)象進行了數(shù)值模擬研究,模擬結果與Ciccarelli實驗結果基本一致,計算結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絲生長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、熔滴表面細絲生長和斷裂等四個階段。3.基于熔融金屬液滴在冷卻劑中的熱碎化現(xiàn)象的四個階段劃分方法,進行理論分析,構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算結果與單個熔滴熱碎化實驗結果比較,結果表明熔滴熱碎化質量速率計算結果合理。同時,金屬溫度、密度、初始半徑、直接接觸傳熱系數(shù)等參數(shù)對熔滴熱碎化質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軟件中進行了應用性分析,對MIXA實驗的計算結果表明,使用本研究發(fā)展的熱力學碎化速率模型的計算結果,即熔融金屬碎片、蒸汽及冷卻劑混合物的前端位置,其準確度相比于Carachalios模型和Esprose模型計算結果有了較大提高。結果表明在熔融金屬與冷卻劑相對速度較小時,使用水力學碎化模型計算的碎化質量將小于實際熱力學碎化質量�；谏鲜鲅芯抗ぷ�,本研究總結出了熔融金屬液滴在冷卻劑中熱碎化的物理機理,提供了新的蒸汽爆炸領域研究思路和分析工具,拓展了經(jīng)典蒸汽爆炸現(xiàn)象的研究內涵,對今后的研究工作有一定的啟發(fā)和實用價值。
[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 .

【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TL364.4

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

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2 李會雄,陳聽寬;高溫熔融液滴破碎特性實驗研究[J];核動力工程;2003年04期

3 王太;李會雄;李陽;;同軸兩個氣泡融合特性的數(shù)值研究[J];西安交通大學學報;2013年07期

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本文編號：1852386