事故下安全殼內(nèi)氫氣遷移及水蒸氣冷凝模擬.pdf

1、安全殼作為核電站第三道安全屏障，維持其在事故下的完整性對于緩解事故的嚴(yán)重性具有重要作用。核電站堆芯損壞所產(chǎn)生的氫氣在安全殼內(nèi)聚集會引起局部氫氣風(fēng)險，采用合適的除氫措施可以降低安全殼內(nèi)局部氫濃度；當(dāng)管道發(fā)生破口時，高溫冷卻劑大量閃蒸形成的水蒸氣會引起安全殼內(nèi)壓力和溫度超過限值，非能動安全殼冷卻系統(tǒng)的投入可以長時間降低安全殼內(nèi)水蒸氣濃度，降低安全殼內(nèi)的壓力及溫度。本文選擇Fluent軟件首先對氫氣的流動行為進(jìn)行模擬，并分析可能影響其流動的因

2、素，另外研究水蒸氣壁面冷凝在緩解事故進(jìn)程中所起的作用。
　　氫氣流動模擬結(jié)果表明，事故下氫氣從破口位置噴出后，沿蒸汽發(fā)生器隔間向上流動，呈“幾”字形流過穹頂后向下流至對側(cè)空間；在湍流的作用下，氫氣在流動過程中主要在蒸汽發(fā)生器隔間及穹頂位置處形成漩渦；在主流區(qū)位置，前期氫氣濃度受到湍流擴(kuò)散的影響，氫氣濃度在升高后會下降；在氫氣濃度分層的過程中，不同高度方向上的濃度差所導(dǎo)致的橫向擴(kuò)散起到了主要作用，另外較高濃度的氫氣容易滯留在頂部穹頂

3、處，且高濃度區(qū)氫氣湍流強(qiáng)度較大。
　　對影響氫氣流動因素的研究表明，產(chǎn)氫速率會對穹頂及蒸汽發(fā)生器隔間處氣體的湍流運(yùn)動產(chǎn)生較大影響；另外對氫氣在安全殼內(nèi)的濃度分布也有一定影響：氫氣流動過程中的湍流強(qiáng)度及濃度波動隨氫氣產(chǎn)生速率的加快而增強(qiáng)。破口處混合物中的水蒸氣比例會影響安全殼內(nèi)氫氣流動及分布的狀態(tài)，隨著水蒸氣組分濃度的提高，高濃度區(qū)氫氣的范圍減小，氫氣在安全殼內(nèi)分布更加均勻。
　　對壁面水蒸氣冷凝的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)安全殼壁面水蒸氣

4、冷凝所造成的組分濃度變化會受到安全殼內(nèi)幾何結(jié)構(gòu)及重力等因素的影響：由于隔間附近空間結(jié)構(gòu)對氣體擴(kuò)散作用的影響，空氣在隔間附近壁面聚集，在這一位置附近，隨冷凝的進(jìn)行，空氣濃度較高；另外由于水蒸氣密度較低，在重力影響下，冷凝會導(dǎo)致安全殼較低位置處空氣濃度升高。不同壁面導(dǎo)熱能力下冷凝模擬結(jié)果表明壁面導(dǎo)熱能力影響換熱，提高壁面導(dǎo)熱能力，可以有效對水蒸氣進(jìn)行冷卻，提高冷凝效率。
　　對事故下氫氣流動的模擬可以較好地掌握氫氣在安全殼內(nèi)的流動分布