高温熔融物凝固机理的实验研究和数值模拟分析

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1、申请上海交通大学工程硕士学位论文高温熔融物凝固机理的实验研究和数值模拟分析硕士研究生：刘文勇学号：1120209364导师：佟立丽申请学位：工程硕士学科：核能与核技术工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterEXPERIMENTALSTUDYANDNUMERICALSIMULATIONANALYSISOFHIGHTEMPERATUREMELTFREEZINGMECHANISMSCandidate：LIUWen-

2、yongStudentID:1120209364Supervisor：TONGLi-liAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringNuclearEnergyandTechnologySpecialty：EngenderingAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：January,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学学位论义版权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保

3、留使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的度印件和电子版，允许论义彼查阅巧借阅。本人授权上海交通大学可Ｗ将本学位论文的＾全部或部分内容编入有关数据库进巧检索，可处采用影印、缩印或扫描等复制手段保巧和汇编本学位论文。保密□，在密后适用本授权书。＿＿年解本学位论文属于不保密＾＼＂＂（请在上方框内打Ｖ）：学位论文作者签名；指导教师签名而＿心日期：；＞矿年之丹皆Ｈ日苗抑ｒ年月诚日ｊ上海交通大学硕士学位论文高温熔融物凝固机理的实验研究和数值模拟分析摘要堆芯熔融物在流道内的穿透和凝固是反应堆严重事故后的关键现象之一，影响着事

4、故的进程，然而目前熔融物的凝固机理还未完全解明，熔融物的凝固模型还存在很多不确定性。本文通过实验和数值模拟相结合的方法，研究模拟熔融物在管内和棒束间的凝固过程与凝固机理,为凝固模型的开发提供数据支持。在实验方面，本文进行了锡、铅和铅锡合金在钢管内或者9-棒束间的实验,实验表明熔融物在流道壁面形成了凝固层；同时，熔融物在大多数管道内都形成了柱状空腔和靠壁面的环状凝固壳。经过分析可知，熔融物在管道间的凝固比较符合Kamiyama提出的改进型凝固模型，而棒束内的凝固似乎更符合传热凝固模型。在数值模拟方面，本文利用300℃锡金属在4~6mm管道内的凝固实验对FLUENT凝固模型进行了验证，利用

5、模拟结果分析熔融物在管内流动的微观现象可知,熔融物穿透前端的黏度不断降低速度降低直至流动停滞导致了管道的堵塞。然后利用该模型研究了熔融物初速度、入口压头和管壁面温度对锡金属在5mm管道内流动穿透的影响，结果表明，三者的增加都将增加熔融物的穿透长度，而且初速度的增I摘要加将使得管道内形成环状凝固壳；最后利用该模型研究了1700℃的不锈钢的熔融物在100℃的5mm管道中的凝固穿透，结果表明，不锈钢的凝固时间将大大提前于30℃管道内的300℃锡金属，其穿透距离也大大缩短。关键词：严重事故，熔融物，凝固与穿透，数值模拟II上海交通大学硕士学位论文EXPERIMENTALSTUDYANDNUME

6、RICALSIMULATIONANALYSISOFHIGHTEMPERATUREMELTFREEZINGMECHANISMSABSTRACTThepenetrationandfreezingofcoremeltinflowchannelsisoneofthekeyphenomenaofreactorsevereaccident,andaffectstheprocessofit.However,themechanismsofhightemperaturemeltfreezingarenotfullyunderstoodandtherearemanyuncertaintiesinthefr

7、eezingmodels.Inthispaper,thefreezingmechanismsandprocessofsimulatingmeltinatubeandamongthepinbundlearestudiedwithexperimentalmeansandnumericalsimulation,soastoprovidedatasupportforthefreezingmodelvalidation.Freezingtestsintu