燃料与冷却剂相互作用细粒化混合过程的数值模拟.pdf

中国工程热物理学会 多相流 学术会议论文 编号：066168 燃料与冷却剂相互作用细粒化混合过 程的数值模拟 林千，曹学武 上海交通大学，200240 ， 摘要：燃料与冷却剂相互作用(FcIs)是核反应堆在发生严重事故情况下的一个重要现象。目前尚缺 乏能够准确描述FCI作用过程的数学物理模型，特别是该过程中熔融液滴的细粒化模型还有待改善． 本文采用基于泰勒关系式的水力学模型对高温熔融液滴与冷却剂相互作用混合过程进行了程序计算， 并将计算结果与相关实验进行比对，以及对泰勒关系式的参数敏感性进行了分析． 关键词：FCI细粒化模型数值模拟 1．引言 燃料与冷却剂相互作用(FCls)是核反应堆严重事故现象研究中的一个重要问题。 该过程包括多成分多相高速流动传热．以及瞬态沸腾蒸发、混合和细粒化等多种复杂的 热物理现象。虽然国际上许多学者对这些现象开展了广泛的实验、理论以及数值模拟的 研究已取得了一些成果，但是对于该过程中的一些关键问题，如熔融液滴的粗混合过程、 液滴的细粒化过程等，尚缺乏精准的数学模型，特别是对混合过程中熔融液滴的细粒化 模型的数值研究，不确定性还是很大。要准确描述FCI作用过程，熔融液滴的细粒化模 型还有待改善…． 现有的核安全分析程序中，关于熔融物细粒化过程的计算大多采用水力学模型，如： 学模型及其对参数的敏感性进行了计算分析。 2．实验描述 料释放到水池中．以研究FCI混合过程。MIXA06实验装置主要包括熔融液滴释放装置和 水池两部份，熔融液滴释放装置将直径为6mm液滴释放到边长为37cm的正方形水池中， 通风管与大气连通，并装有～个流量计测量产生的蒸汽量。系统的初始压力为0．1MPa， 水的初始温度接近饱和温度。实验主要参数见表1。 国家自然科学基金项目资助(批准号：50576O50) 910 3．计算模型及初始条件 为方便计算，用轴对称的圆柱容器模拟实验中的正方形截面的容器，其直径为 0．42m。使得圆柱容器横截面积与实验相同。容器高度及水深设置与实验相同，在水面上 有90cm高的气空间与外界连通。出口处设置常压边界条件。熔融液滴流从中心12cm的 孔落入水池，液滴流中金属液滴的体积分数为O．05．与实验一致。计算程序中的几何模 型如图l所示， 计算中。液滴的初始直径为6mm，与实验一致；熔融液滴的材料是100％的U02，而 外界是连通的，气空间对计算结果影响不大。计算模型的主要初始参数见表2。 表l实验参数及模拟参数设定 实验参数 模拟参数 熔融物材料 U嘎(81％)+Mo(19％)U仉 液滴初始直径(姗) 6 6 Air 释放总量(kg) 3 3 Mo‰Fud 眦36∞K 液i每初始温度(K) 3600 3600 3Ws 液滴流的入水速率 mteasvdthIs 0．7 (m／s) 液滴落入水面时的体积 0．05 O．05 分数 液滴注的初始直径(m)0．06 0．06 水池截面(m) 0．37×0．37正