水及高温熔融金属相互作用过程中接触特性地研究

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1、DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSTUDYOFTHECONTACTINTERACTIONBETWEENCOOLANTWATERANDHIGHTEMPERATUREMOLTENMETALCandidate：ZhangZheng-mingStudentID:1110209250Supervisor：Prof.YangYan-huaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciali

2、ty：NuclearScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：February,2014Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity万方数据万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文水与高温熔融金属相互作用过程中接触特性研究摘要在核反应堆发生严重事故的情况下，堆芯熔毁有可能导致高温堆芯熔融物与冷却剂发生接触，伴随剧烈的传热过程，冷却剂急剧蒸发，瞬间产生

3、巨大的压力脉冲，有可能对周围结构材料造成破坏，从而增加放射性释放到环境中的风险。这种相互作用过程又被称为蒸汽爆炸，由于该过程的复杂性，其过程机理至今仍缺乏清楚的认识，尚无法对最终的事故后果进行准确的预测，因此对冷却剂与高温熔融物相互作用过程的进一步研究具有重要的安全意义。本文首先设计并搭建了小型机理试验台架，采用高速摄像系统对水滴落入熔融金属锡后二者的相互作用过程开展了可视化实验研究，在保持其他初始实验条件不变的情况下，分别改变水滴温度、熔融金属温度和水滴下落速度，分析了上述因素对水滴与熔融金属锡相互作用过程的影响。在本文后半部分，

4、开发了一维数值分析程序，对水滴与锡液相互作用过程中气膜塌陷后二者的液-液直接接触传热过程进行了数值模拟研究，重点分析了二者间对流换热系数随时间的变化规律和交界面冷却水侧不同时刻压力场、温度场及速度场的分布。分析结果表明：由于水滴质量较小，其温度变化尚无法对实验系统I万方数据摘要带来显著影响，本文未观测到水滴温度变化对相互作用过程的显著影响；随着熔融金属温度的升高，相互作用剧烈程度呈现出先升高后降低的发展过程；随着水滴下落速度的增加，相互作用过程越来越剧烈；发生液-液直接接触后，接触面向密度较大液体一侧移动，使得交界面上存在Rayle

5、igh-Taylor不稳定性，可能破坏交界面的完整性；二者间具有较大的对流换热系数，在250℃至350℃的温度区间内，锡液温度变化对换热系数没有显著影响。关键词：水滴与熔融金属相互作用，蒸汽爆炸，数值研究，可视化II万方数据上海交通大学硕士学位论文STUDYOFTHECONTACTINTERACTIONBETWEENCOOLANTWATERANDHIGHTEMPERATUREMOLTENMETALABSTRACTThefuel-coolantinteraction(FCI)mayoccurwhenthemoltencoreconta

6、ctscoolantwaterduringseveraccidents.Rapidheattransferleadstoquickevaporationandthepressureloadsitproducesmayendangerthesurroundingstructuresandcauseradiationleak.SincetheFCIprocessiscomplicated,themechanismofitandtheconsequenceitbringsarestillnotveryclear.Furtherstudyi

7、sstillnecessary.Toobservetheinteractionofcoolantandmoltenmetal,asmallexperimentalfacilityisdesignedandestablishedatfirst.Theinteractionofwaterandmelttinisrecordedwithhighspeedcamerasystemafterwaterdropfallsintoamelttinpool.Thewatertemperature,melttemperatureandthewater

8、dropvelocityhavebeenvariedtostudytheeffectofthemontheinteractionprocess.Tosimulatethedirectliquid-liquidcontactproces