Исследование термической детонации на основе модели микровзаимодействий
Ключевые слова:
паровой взрыв, термическая детонация, математическая модель, модель микровзаимодействий, многофазные процессы
Аннотация
Представлены результаты численного моделирования кодом VAPEX-D развития волны термической детонации в системе «расплав кориума – пароводяная смесь» с использованием модели микровзаимодействий для условий внекорпусного парового взрыва. Особенность модели заключается в том, что вся вода, находящаяся в исследуемой системе, условно делится на две части (фазы). К одной части относится вода, находящаяся вблизи образующихся фрагментов расплава и участвующая в быстрых теплообменных процессах, ко второй — вода, находящаяся сравнительно далеко от этих фрагментов. В статье приведено подробное описание модели термической детонации, разработанной для кода VAPEX-D. Модель рассматривает 4 взаимодействующие фазы: 1) крупные (исходные) капли расплава; 2) мелкие фрагменты расплава, образующиеся при его фрагментации; 3) «дальнюю» воду; 4) «ближнюю» (взаимодействующую с расплавом) воду, так называемую m-фазу. Предполагается, что m-фаза является паром и находится в тепловом и скоростном равновесии с образующимися фрагментами расплава. Выполнены расчеты выхода волны термической детонации на режим стационарного распространения. Определены значения амплитуды волны давления и скорости ее распространения в зависимости от начальной объемной доли расплава. Выполнено исследование пределов существования устойчивой волны термической детонации. Показано, что с уменьшением объемного паросодержания в исходной системе область существования волны термической детонации расширяется, т. е. детонация реализуется при меньших значениях объемной доли расплава.
Литература
1. Fletcher D.A., Andersen R.P. A Review of Pressure Induced Propagation Models of the Vapour Explosion Process // Progress in Nuclear Energy. 1990. V. 23. No. 2. Pр. 137—179.
2. Board S.J, Hall R.W., Hall R.S. Detonation of Fuel Coolant Explosions // Nature. 1975. V. 254. Pр. 319—321.
3. Meignen R. et al. The Challenge of Modeling Fuel Coolant Interaction. Part II. Steam Explosion // Nuclear Engineering and Design. 2014. V. 280. Pp. 528—541.
4. Chu C.C., Corradini M.L. One-Dimensional Transient Fluid Model for Fuel-Coolant Interaction Analysis // Nuclear Science Engineering. 1989. Vol. 101. No. 1. Pр. 46—72.
5. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the Complete Process of One-Dimensional Vapor Explosion // CSNI Specialist Mtg. On Fuel-Coolant Interactions. NUREG/CP-0127. 1994. Pр. 204—217.
6. Brayer C., Berthoud G. Vapor Explosion Modeling with MC3D // International Conference on Nuclear Engineering Proceedings, ICONE-5. 1997. Р. 2424.
7. Yuen W.W., Chen X., Theofanous T.G. On the Fundamental Microinteractions that Support the Propagation of Steam Explosions // Proceedings of the NURETH-5. Utah. Salt Lake City. September 21—24. 1992. V. II. Pр. 627—636.
8. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description Microinteractions Concept in Steam Explosions // Proceedings of the NURETH-7. New York. Saratoga Springs. September 10—15. 1995. V. 3. Pр. 1586—1606.
9. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential //Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on Fuel Coolant Interactions. USA. Santa Barbara. January 5—8. 1993. Pр. 233—250.
10. Theofanous T.G., Yuen W.W., Freeman K., Chen X. The Verification Basis of the ESPROSE.m Code // Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on FuelCoolant Interactions. Japan. Tokai-Mura. 1997. Pр. 287—299.
11. Мелихов О.И., Мелихов В.И., Соколин А.В. Взрывное взаимодействие расплава с водой. Моделирование кодом VAPEX-D // Теплофизика высоких температур. 2002. Т. 40. № 3. С.466—474.
12. Мелихов О.И., Соколин А.В., Кузнецов В.Д. Расчетный анализ взрывного взаимодействия кориума с водой // Теплоэнергетика. 2004. № 8. C. 73—76.
13. Melikhov O.I., Melikhov V.I., Nigmatulin B.I. VAPEX code analysis of steam explosions under severe accidents // Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. New York. Begell House. Inc. 1996. Pр. 540–551.
14. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987.
15. Соколин А.В. Моделирование парового взрыва при тяжелой аварии на АЭС с корпусным реактором с водой под давлением. Дисс. … канд. техн. наук. М.: Изд-во МЭИ, 2004.
16. TRAC-PF1/MOD2. Theory Manual. Los Alamos National Lab. Los Alamos. 1990. NM 87545.
17. Annunziato A., Addabbo C., Leva G. OECD/ CSNI International Standard Problem No. 39 on FARO Test L-14. Reference Specification // Technical Note. Joint Research Centre, Ispra. 1996. No. I.96.64.
18. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. Model Formulation and Example Results // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. V. 34. No. 10. Рр. 2435—2448.
#
1. Fletcher D.A., Andersen R.P. A Review of PressureInduced Propagation Models of the Vapour Explosion Process. Progress in Nuclear Energy. 1990;23;2:137—179.
2. Board S.J, Hall R.W., Hall R.S. Detonation of Fuel Coolant Explosions. Nature. 1975;254:319—321.
3. Meignen R. et al. The Challenge of Modeling FuelCoolant Interaction. Part II. Steam Explosion // Nuclear Engineering and Design. 2014;280:528—541.
4. Chu C.C., Corradini M.L. One-Dimensional Transient Fluid Model for Fuel-Coolant Interaction Analysis. Nuclear Science Engineering. 1989;101;1:46—72.
5. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the Complete Process of One-Dimensional Vapor Explosion. CSNI Specialist Mtg. On Fuel-Coolant Interactions. NUREG/CP-0127. 1994:204—217.
6. Brayer C., Berthoud G. Vapor Explosion Modeling with MC3D. International Conference on Nuclear Engineering Proceedings, ICONE-5. 1997:2424.
7. Yuen W.W., Chen X., Theofanous T.G. On the Fundamental Microinteractions that Support the Propagation of Steam Explosions. Proceedings of the NURETH-5. Utah. Salt Lake City. September 21—24. 1992; II:627—636.
8. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description Microinteractions Concept in Steam Explosions. Proceedings of the NURETH-7. New York. Saratoga Springs. September 10—15. 1995;3:1586—1606.
9. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential. Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on FuelCoolant Interactions. USA. Santa Barbara. January 5—8. 1993:233—250.
10. Theofanous T.G., Yuen W.W., Freeman K., Chen X. The Verification Basis of the ESPROSE.m Code. Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on FuelCoolant Interactions. Japan. Tokai-Mura. 1997:287—299.
11. Melikhov O.I., Melikhov V.I., Sokolin A.V. Vzryvnoe Vzaimodeystvie Rasplava s Vodoy. Modelirovanie Kodom VAPEX-D. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2002;40;3:466—474. (in Russian).
12. Melikhov O.I., Sokolin A.V., Kuznetsov V.D. Raschetnyy Analiz Vzryvnogo Vzaimodeystviya Koriuma s Vodoy. Teploenergetika. 2004;8:73—76. (in Russian).
13. Melikhov O.I., Melikhov V.I., Nigmatulin B.I. VAPEX code analysis of steam explosions under severe accidents. Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. / J.T.Rogers, Editor. New York. Begell House. Inc. 1996:540–551.
14. Nigmatulin R.I. Dinamika Mnogofaznykh Sred. M.: Nauka, 1987. (in Russian).
15. Sokolin A.V. Modelirovanie Parovogo Vzryva pri Tyazheloy Avarii na AES s Korpusnym Reaktorom sVodoy pod Davleniem. Diss. … Kand. Tekhn. Nauk. Izd-Vo MPEI, 2004.
16. TRAC-PF1/MOD2. Theory Manual. Los Alamos National Lab. Los Alamos. 1990. NM 87545.
17. Annunziato A., Addabbo C., Leva G. OECD/ CSNI International Standard Problem No. 39 on FARO Test L-14. Reference Specification. Technical Note. Joint Research Centre, Ispra. 1996;I.96.64.
18. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. Model Formulation and Example Results. Int. J. Heat Mass Transfer. 1991;34;10:2435—2448.
2. Board S.J, Hall R.W., Hall R.S. Detonation of Fuel Coolant Explosions // Nature. 1975. V. 254. Pр. 319—321.
3. Meignen R. et al. The Challenge of Modeling Fuel Coolant Interaction. Part II. Steam Explosion // Nuclear Engineering and Design. 2014. V. 280. Pp. 528—541.
4. Chu C.C., Corradini M.L. One-Dimensional Transient Fluid Model for Fuel-Coolant Interaction Analysis // Nuclear Science Engineering. 1989. Vol. 101. No. 1. Pр. 46—72.
5. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the Complete Process of One-Dimensional Vapor Explosion // CSNI Specialist Mtg. On Fuel-Coolant Interactions. NUREG/CP-0127. 1994. Pр. 204—217.
6. Brayer C., Berthoud G. Vapor Explosion Modeling with MC3D // International Conference on Nuclear Engineering Proceedings, ICONE-5. 1997. Р. 2424.
7. Yuen W.W., Chen X., Theofanous T.G. On the Fundamental Microinteractions that Support the Propagation of Steam Explosions // Proceedings of the NURETH-5. Utah. Salt Lake City. September 21—24. 1992. V. II. Pр. 627—636.
8. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description Microinteractions Concept in Steam Explosions // Proceedings of the NURETH-7. New York. Saratoga Springs. September 10—15. 1995. V. 3. Pр. 1586—1606.
9. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential //Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on Fuel Coolant Interactions. USA. Santa Barbara. January 5—8. 1993. Pр. 233—250.
10. Theofanous T.G., Yuen W.W., Freeman K., Chen X. The Verification Basis of the ESPROSE.m Code // Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on FuelCoolant Interactions. Japan. Tokai-Mura. 1997. Pр. 287—299.
11. Мелихов О.И., Мелихов В.И., Соколин А.В. Взрывное взаимодействие расплава с водой. Моделирование кодом VAPEX-D // Теплофизика высоких температур. 2002. Т. 40. № 3. С.466—474.
12. Мелихов О.И., Соколин А.В., Кузнецов В.Д. Расчетный анализ взрывного взаимодействия кориума с водой // Теплоэнергетика. 2004. № 8. C. 73—76.
13. Melikhov O.I., Melikhov V.I., Nigmatulin B.I. VAPEX code analysis of steam explosions under severe accidents // Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. New York. Begell House. Inc. 1996. Pр. 540–551.
14. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987.
15. Соколин А.В. Моделирование парового взрыва при тяжелой аварии на АЭС с корпусным реактором с водой под давлением. Дисс. … канд. техн. наук. М.: Изд-во МЭИ, 2004.
16. TRAC-PF1/MOD2. Theory Manual. Los Alamos National Lab. Los Alamos. 1990. NM 87545.
17. Annunziato A., Addabbo C., Leva G. OECD/ CSNI International Standard Problem No. 39 on FARO Test L-14. Reference Specification // Technical Note. Joint Research Centre, Ispra. 1996. No. I.96.64.
18. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. Model Formulation and Example Results // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. V. 34. No. 10. Рр. 2435—2448.
#
1. Fletcher D.A., Andersen R.P. A Review of PressureInduced Propagation Models of the Vapour Explosion Process. Progress in Nuclear Energy. 1990;23;2:137—179.
2. Board S.J, Hall R.W., Hall R.S. Detonation of Fuel Coolant Explosions. Nature. 1975;254:319—321.
3. Meignen R. et al. The Challenge of Modeling FuelCoolant Interaction. Part II. Steam Explosion // Nuclear Engineering and Design. 2014;280:528—541.
4. Chu C.C., Corradini M.L. One-Dimensional Transient Fluid Model for Fuel-Coolant Interaction Analysis. Nuclear Science Engineering. 1989;101;1:46—72.
5. Tang J., Corradini M.L. Modelling of the Complete Process of One-Dimensional Vapor Explosion. CSNI Specialist Mtg. On Fuel-Coolant Interactions. NUREG/CP-0127. 1994:204—217.
6. Brayer C., Berthoud G. Vapor Explosion Modeling with MC3D. International Conference on Nuclear Engineering Proceedings, ICONE-5. 1997:2424.
7. Yuen W.W., Chen X., Theofanous T.G. On the Fundamental Microinteractions that Support the Propagation of Steam Explosions. Proceedings of the NURETH-5. Utah. Salt Lake City. September 21—24. 1992; II:627—636.
8. Chen X., Yuen W.W., Theofanous T.G. On the Constitutive Description Microinteractions Concept in Steam Explosions. Proceedings of the NURETH-7. New York. Saratoga Springs. September 10—15. 1995;3:1586—1606.
9. Yuen W.W., Theofanous T.G. The Prediction of 2D Thermal Detonation and Resulting Damage Potential. Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on FuelCoolant Interactions. USA. Santa Barbara. January 5—8. 1993:233—250.
10. Theofanous T.G., Yuen W.W., Freeman K., Chen X. The Verification Basis of the ESPROSE.m Code. Proceedings of OECD/CSNI Specialists Meeting on FuelCoolant Interactions. Japan. Tokai-Mura. 1997:287—299.
11. Melikhov O.I., Melikhov V.I., Sokolin A.V. Vzryvnoe Vzaimodeystvie Rasplava s Vodoy. Modelirovanie Kodom VAPEX-D. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2002;40;3:466—474. (in Russian).
12. Melikhov O.I., Sokolin A.V., Kuznetsov V.D. Raschetnyy Analiz Vzryvnogo Vzaimodeystviya Koriuma s Vodoy. Teploenergetika. 2004;8:73—76. (in Russian).
13. Melikhov O.I., Melikhov V.I., Nigmatulin B.I. VAPEX code analysis of steam explosions under severe accidents. Heat and Mass Transfer in Severe Nuclear Reactor Accidents. / J.T.Rogers, Editor. New York. Begell House. Inc. 1996:540–551.
14. Nigmatulin R.I. Dinamika Mnogofaznykh Sred. M.: Nauka, 1987. (in Russian).
15. Sokolin A.V. Modelirovanie Parovogo Vzryva pri Tyazheloy Avarii na AES s Korpusnym Reaktorom sVodoy pod Davleniem. Diss. … Kand. Tekhn. Nauk. Izd-Vo MPEI, 2004.
16. TRAC-PF1/MOD2. Theory Manual. Los Alamos National Lab. Los Alamos. 1990. NM 87545.
17. Annunziato A., Addabbo C., Leva G. OECD/ CSNI International Standard Problem No. 39 on FARO Test L-14. Reference Specification. Technical Note. Joint Research Centre, Ispra. 1996;I.96.64.
18. Fletcher D.F. An Improved Mathematical Model of Melt/Water Detonations. Model Formulation and Example Results. Int. J. Heat Mass Transfer. 1991;34;10:2435—2448.
