熔融金屬液柱注入冷卻劑過程中的表面失穩(wěn)與碎化研究.pdf

1、在熔融物堆內滯留-應急堆腔注水（IVR-ERVC）措施失效時，堆芯熔融物會從壓力容器破口處流出，注入堆坑內的冷卻劑中。熔融堆芯液柱在冷卻劑中的碎化可能會導致蒸汽爆炸的發(fā)生，帶來放射性物質釋放到環(huán)境中去的風險。因此，熔融液柱注入冷卻劑過程中的碎化機理與現(xiàn)象的研究是 IVR-ERVC失效負面風險評價的重要組成內容。但是目前熔融金屬液柱注入冷卻劑過程界面失穩(wěn)的微觀機理分析缺乏研究工具，而宏觀的碎化現(xiàn)象的模擬又因缺乏自主軟件而分析范圍受限，導致

2、相應的事故評價受制于國外軟件。
　　本研究基于JASMINE程序，開發(fā)了應用于熔融金屬液柱自由表面跟蹤研究的JASMINE-VOF程序。該程序的主要改進和擴展包括壓力場與流場計算方法的修改，界面跟蹤算法的增加，以及連續(xù)表面張力模型和Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性碎化模型的增加。經過一系列基本算例的驗證表明，該程序可以用于多相流自由界面跟蹤問題的計算。在完成開發(fā)與驗證的基礎上，本文應用JASMINE-VOF程序分析了熔融金

3、屬液柱注入冷卻劑碎化過程的微觀機理和宏觀現(xiàn)象。最后，為了彌補目前JASMINE-VOF在工程問題計算方面的不足，本文應用國外軟件 MC3D分析了幾個典型的核電廠嚴重事故作為補充。
　　本文通過 JASMINE-VOF的計算得到了熔融金屬液柱注入冷卻劑過程中，金屬液柱表面在不同的擾動下和不同的介質中失穩(wěn)的發(fā)展過程；熔融金屬從容器破口流出的界面運動圖像，和碎化產物的體積份額分布。通過MC3D的計算得到了蒸汽爆炸粗混合過程的熔融物分布；