Оценка влияния паровой пленки на перемешивание расплава с водой при их первоначально стратифицированной конфигурации
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-2-131-137Ключевые слова:
паровой взрыв, неустойчивость Рэлея–Тейлора, дисперсионное уравнение, гидродинамикаАннотация
Выполнен линейный анализ устойчивости трехслойной стратифицированной гидродинамической системы вода (сверху) — пар — расплав (снизу). Сформулированы кинематические и динамические условия на поверхностях раздела вода — пар и пар — расплав, и на их основе получено дисперсионное уравнение, связывающее круговую частоту возмущений с волновым числом. Анализ данного уравнения позволил определить область неустойчивости указанной системы и найти волновое число самой быстрорастущей гармоники. Полученные результаты применены для оценки размера пузырьков, образующихся на поверхности раздела пара и воды вследствие развития неустойчивости Рэлея–Тейлора. Полученные теоретические результаты соответствуют экспериментальным наблюдениям в подобных системах. Оценены высоты выбросов капель расплава в воду вследствие коллапса образующегося парового пузырька. Полученные значения показывают возможность формирования области перемешанной смеси расплава с водой при растекании расплава под слоем воды, в которой может произойти сильный паровой взрыв.
Библиографические ссылки
1. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Гидродинамика и теплофизика паровых взрывов М.: Изд-во «ИПМех РАН», 2020.
2. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Термическое взаимодействие высокотемпературных расплавов с жидкостями // Теплофизика высоких температур. 2022. Т. 60. № 2. С. 280—318.
3. Witte L.G., Cox J.E. Thermal Explosion Hazard // Advances in Nuclear Sci. and Technol. 1973. V. 7. Pp. 329—364.
4. Zyszkowski W. Thermal Explosion Hazards in (Fast) Nuclear Reactors // Atomic Energy Rev. 1978. V. 16(1). Pp. 3—87.
5. Cronenberg A.W., Benz R. Vapor Explosion Phenomena with Respect to Nuclear Reactor Safety Assessment // Advance in Nuclear Sci. and Technol. 1980. V. 12. Pp. 247—321.
6. Buttner R. Zimanowski B. Physics of Thermohydraulic Explosions // Phys. Rev. E. 1998. V. 57(5). Pp. 5726—5729.
7. Berthoud G. Vapor Explosions // Annual Rev. Fluid Mechanics. 2000. V. 32. Pp. 573—611.
8. Meignen R. e. a. Comparative Review of FCI Computer Models Used in the OECD-SERENA Program // Proc. ICAPP. Seoul, 2005. P. 5087.
9. Meignen R. e. a. Status of Steam Explosion Understanding and Modelling // Ann. Nucl. Energy. 2014. V. 74. Pp. 125—133.
10. Shen P. e. a. Corium Behavior and Steam Explosion Risks: a Review of Experiments // Ann. Nucl. Energy. 2018. V. 121. Pp. 162—176.
11. Board S.J., Hall R.W. Propagation in Thermal Explosions // Proc. II Specialist Meeting on S.F.I. Ispra. 1973. Pp. 53—69.
12. Board S.J., Hall R.W., Hall R.S. Detonation of Fuel Coolant Explosions // Nature. 1975. V. 254. Pp. 319—321.
13. Frohlich G. Interaction Experiments Between Water and Hot Melts in Entrapment and Stratification Configurations // Chem. Geology. 1987. V. 62. Pp. 137—147.
14. Anderson R., Armstrong D., Cho D., Kras A. Experimental and Analytical Study of Vapor Explosions in Stratified Geometries // Proc. American Nuclear Soc. National Heat Transfer Conf. Houston, 1988. Pp. 236—243.
15. Bang K.H., Corradini M.L. Stratified Vapor Explosion Experiments // Chem. Eng. Communications. 1989. V. 86(1). Pp. 31—42.
16. Ciccarelli G., Frost D.L., Zarafonitis C. Dynamics of Explosive Interactions Between Molten Tin and Water in Stratified Geometry // Progress in Astronautics and Aeronautics. Washington, 1991. Pp. 307—325.
17. Sainson J., Gabillard M., Williams T. Propagation of Vapor Explosions in Stratified Geometry Experiments with Liquid Nitrogen and Water // Proc. the CSNI Specialist’s Meeting on Fuel-coolant Interactions. Santa Barbara, 1993. Pp. 148—158.
18. Frost D.L., Bruckert B., Ciccarelli G. Effect of Boundary Conditions on the Propagation of a Vapor Explosion in Stratified Molten Tin/water Systems // Nuclear Eng. and Design. 1995. V. 155. Pp. 311—333.
19. Harlow F.H., Rappel H.M. Propagation of a Liquid-liquid Explosion. Los Alamos National Laboratory Rep. LA-8971-MS UC-34, 1981.
20. Kudinov P., Grishchenko D., Konovalenko A., Karbojian A. Premixing and Steam Explosion Phenomena in the Tests with Stratified Melt-coolant Configuration and Binary Oxidic Melt Simulant Materials // Nuclear Eng. and Design. 2017. V. 314. Pp. 182—197.
21. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E., Le T.C. Evaluation of Energy and Impulse Generated by Superheated Steam Bubble Collapse in Subcooled Water // Nuclear Eng. and Design. 2020. V. 366. P. 110753.
22. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. М.: Наука, 1988.
---
Для цитирования: Финошкина Д.В., Мелихов О.И., Мелихов В.И. Оценка влияния паровой пленки на перемешивание расплава с водой при их первоначально стратифицированной конфигурации // Вестник МЭИ. 2026. № 2. С. 131—137. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-2-131-137
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E. Gidrodinamika i Teplofizika Parovykh Vzryvov M.: Izd-vo «IPMekh RAN», 2020. (in Russian).
2. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E. Termicheskoe Vzaimodeystvie Vysokotemperaturnykh Rasplavov s Zhidkostyami. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2022;60;2:280—318. (in Russian).
3. Witte L.G., Cox J.E. Thermal Explosion Hazard. Advances in Nuclear Sci. and Technol. 1973;7:329—364.
4. Zyszkowski W. Thermal Explosion Hazards in (Fast) Nuclear Reactors. Atomic Energy Rev. 1978;16(1):3—87.
5. Cronenberg A.W., Benz R. Vapor Explosion Phenomena with Respect to Nuclear Reactor Safety Assessment. Advance in Nuclear Sci. and Technol. 1980;12:247—321.
6. Buttner R. Zimanowski B. Physics of Thermohydraulic Explosions. Phys. Rev. E. 1998;57(5):5726—5729.
7. Berthoud G. Vapor Explosions. Annual Rev. Fluid Mechanics. 2000;32:573—611.
8. Meignen R. e. a. Comparative Review of FCI Computer Models Used in the OECD-SERENA Program. Proc. ICAPP. Seoul, 2005:5087.
9. Meignen R. e. a. Status of Steam Explosion Understanding and Modelling. Ann. Nucl. Energy. 2014;74:125—133.
10. Shen P. e. a. Corium Behavior and Steam Explosion Risks: a Review of Experiments. Ann. Nucl. Energy. 2018;121:162—176.
11. Board S.J., Hall R.W. Propagation in Thermal Explosions. Proc. II Specialist Meeting on S.F.I. Ispra. 1973:53—69.
12. Board S.J., Hall R.W., Hall R.S. Detonation of Fuel Coolant Explosions. Nature. 1975;254:319—321.
13. Frohlich G. Interaction Experiments Between Water and Hot Melts in Entrapment and Stratification Configurations. Chem. Geology. 1987;62:137—147.
14. Anderson R., Armstrong D., Cho D., Kras A. Experimental and Analytical Study of Vapor Explosions in Stratified Geometries. Proc. American Nuclear Soc. National Heat Transfer Conf. Houston, 1988:236—243.
15. Bang K.H., Corradini M.L. Stratified Vapor Explosion Experiments. Chem. Eng. Communications. 1989;86(1):31—42.
16. Ciccarelli G., Frost D.L., Zarafonitis C. Dynamics of Explosive Interactions Between Molten Tin and Water in Stratified Geometry. Progress in Astronautics and Aeronautics. Washington, 1991:307—325.
17. Sainson J., Gabillard M., Williams T. Propagation of Vapor Explosions in Stratified Geometry Experiments with Liquid Nitrogen and Water. Proc. the CSNI Specialist’s Meeting on Fuel-coolant Interactions. Santa Barbara, 1993:148—158.
18. Frost D.L., Bruckert B., Ciccarelli G. Effect of Boundary Conditions on the Propagation of a Vapor Explosion in Stratified Molten Tin/water Systems. Nuclear Eng. and Design. 1995;155:311—333.
19. Harlow F.H., Rappel H.M. Propagation of a Liquid-liquid Explosion. Los Alamos National Laboratory Rep. LA-8971-MS UC-34, 1981.
20. Kudinov P., Grishchenko D., Konovalenko A., Karbojian A. Premixing and Steam Explosion Phenomena in the Tests with Stratified Melt-coolant Configuration and Binary Oxidic Melt Simulant Materials. Nuclear Eng. and Design. 2017;314:182—197.
21. Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E., Le T.C. Evaluation of Energy and Impulse Generated by Superheated Steam Bubble Collapse in Subcooled Water. Nuclear Eng. and Design. 2020;366:110753.
22. Landau L.D., Lifshits E.M. Teoreticheskaya Fizika. T. 6. Gidrodinamika. M.: Nauka, 1988. (in Russian)
---
For citation: Finoshkina D.V., Melikhov O.I., Melikhov V.I. Evaluating the Vapor Film Effect on the Melt Mixing with Water at Their Initially Stratified Configuration. Bulletin of MPEI. 2026;2:131—137. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-2-131-137
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
