熔融物与混凝土相互作用时熔池内的化学反应研究

熔融物与混凝土相互作用(MCCI)时释放的裂变产物是压水堆核电厂发生严重事故时主要的二次源项。熔融物侵蚀混凝土时产生的气体和熔渣将进入熔池中与熔融物进行反应,反应得到的易挥发物质将随着气泡离开熔池并在安全壳内形成气溶胶。本文根据化学平衡的假设建立了熔池内的反应模型,并通过反应吉布斯自由能得到平衡常数,进而计算得到熔融物的活度比,最终筛选出熔池内可能存在的118种物质及可能发生的97个化学反应。以上反应模型和筛选方法可用于MCCI时裂变产物释放模型的开发。

安全壳内PCS换热器气溶胶自然沉积特性研究

核电厂出现严重事故时,非能动安全壳冷却系统(PCS)的运行能够促进悬浮气溶胶的自然去除过程,减少可能释放到环境中的放射性物质。该文建立了PCS换热器单根传热管的传热与气溶胶沉积模型,研究了传热管壁面的气溶胶沉积规律。结果表明,重力沉降速率随传热管周向角度成正弦变化,扩散泳和热泳沉积速率沿传热管管程逐渐减小。在恒定热工水力条件下,气溶胶在换热器表面的总去除系数随粒径的增大先缓慢降低,然后显著增大。

严重事故下吸湿性气溶胶的自然去除研究

反应堆发生严重事故时,堆芯释放出的吸湿性气溶胶会在潮湿的安全壳内增大,从而影响其自然去除过程。本文理论推导了吸湿性气溶胶的增大模型并通过多种方法对其进行了验证。模型计算结果表明,气溶胶的增大过程由于受到溶解度的限制而存在临界湿度值,在该临界值以下时气溶胶不发生吸湿,但这未被其他严重事故分析程序所考虑。同时,基于某三代先进压水堆的特定严重事故工况,本文分析了干颗粒半径及湿度对气溶胶的平衡半径和自然去除系数的影响。结果表明:气溶胶的自然去除系数随干颗粒半径的增大将先减小后增加,并在1μm时达到最小值;相同湿度下,干颗粒半径对气溶胶半径的最大增大比例的影响不大;湿度的增加对不同干颗粒半径气溶胶去除系数的影响不同。

严重事故下多组分吸湿性气溶胶的重力沉降研究

严重事故时,安全壳内的多组分吸湿性气溶胶将在高湿度的条件下吸水增大,从而影响其重力沉降行为。通过理论分析,本文推导了多组分吸湿性气溶胶颗粒平衡粒径的物理模型,并通过实验结果进行验证。该模型重点关注溶解度对吸湿过程的影响,解释了多组分吸湿性颗粒粒径增大曲线不连续的原因。同时,分析了典型千兆瓦级压水堆核电厂中相对湿度、干粒径及非吸湿性组分质量分数对重力沉降去除系数的影响。结果表明,只有当气溶胶颗粒增大到一定程度后,其重力沉降速度才会明显的提高;对于干粒径超过0.01μm的纯吸湿性气溶胶颗粒,只有超过一定湿度后其才会因吸湿而加速沉降,且该湿度下限随着干粒径的增大而减小;随着事故的进行,气溶胶颗粒中的非吸湿性组分质量分数逐渐增加,上述湿度下限将增加,且同湿度下吸湿对重力沉降的促进作用减弱。