高温熔融物与冷却剂相互作用现象实验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文高温熔融物与冷却剂相互作用现象实验研究硕士研究生：张荣金学号：1120209284导师：杨燕华教授副导师：林萌申请学位：工学硕士学科：核科学与技术所在单位：核科学与工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学万方数据DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterExperimentstudyofinteractionphenomenonofhightemperaturemeltandcoolantCandidate：Zhan

2、gRongjinStudentID:1120209284Supervisor：Prof.YangYanhuaAssistantSupervisor:LinMengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：NuclearScienceandTechnologySchoolofNuclearScienceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTong

3、University万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通

4、大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据上海交通大学硕士学位论文高温熔融物与冷却剂相互作用现象实验研究摘要在核反应堆发生严重事故情况下，可能由于冷却剂丧失，导致堆芯衰变热不能及时导出，从而使得堆芯发生熔化。当熔融堆芯被再淹没时或是当熔融堆芯下落到有水残留的下封头内时，就可能使得压力容器内的堆芯熔融物与冷却剂相互作用(Fuelcoola

5、ntinteraction,FCI)事故，压力容器内产生的压力载荷可能对压力容器及一回路系统结构造成严重破坏。然而在理论基础方面对FCI过程的认识还远远不足，对于其中的许多关键物理机理仍不清楚，现在还不能准确给出压力容器外蒸汽爆炸对堆腔的破坏程度和安全裕量，各个程序的计算结果存在较大分歧和不确定性。为了蒸汽爆炸软件的自主化，进行大规模的高温熔体冷却作用和过程影响的实验研究显得十分迫切，同时利用国际上已有的蒸汽爆炸软件对关键参数进行数值计算分析也是非常有必要。本文首先设计并搭建了中等规模的熔融物与冷却剂相互作用可视化实验台架，采用高速摄像仪对高温熔融物落

6、入反应水箱与水相互作用过程获取可视化图像，并通过动态压力传感器测量熔融物与水相互作用过程中产生的压力。首先，对FCI粗混合阶段和爆炸阶段进行了对比工况的分析；其次，在保持其他实验初始条件不变的情况下，通过改变熔融金属温度以及金属材料，分析了上述因素对熔融物与水相互作用过程中的影响。最后，本文利用蒸汽爆炸程序对影响FCI过程的关键参数进行计算分析。分析结果表明：有蒸汽爆炸现象的实验中熔融金属碎化更为充分，碎化后的颗粒更小，碎片散开的横向范围更大，粉状的颗粒弥散于整个反应水箱的底部；蒸汽爆炸过程有大量的压力脉冲的出现。对于金属锡来说，金属温度是影响蒸汽爆炸

7、的一个重要因素，在低温工况中第I页万方数据摘要不容易发生蒸汽爆炸，而在高温工况中易发生蒸汽爆炸；熔融金属温度越高，金属液柱前端速度越大；随着金属熔融物温度越高，碎裂长度是逐渐增大，趋势与Saito模型和Meignen模型一致。具有更大密度的熔融物会形成更长连续液柱，碎化后的熔融物颗粒更小，拥有更大的传热表面积，熔融液滴的冷却速度会增加；具有高热导率的实验材料，其熔融物内部的热量更容易传导到熔融物表面，从而延缓了熔融物表层的凝结。关键词：严重事故；蒸汽爆炸；可视化实验；热碎化质量第II页万方数据上海交通大学硕士学位论文Experimentstudyofi

8、nteractionphenomenonofhightemperaturemeltandcoo