分层熔池下金属熔融物堆外蒸汽爆炸研究

压力容器下封头由于"热聚焦"效应在金属层位置最易发生失效,金属熔融物进入堆坑与冷却剂接触后有可能触发堆外蒸汽爆炸,威胁堆坑和安全壳的完整性。为了评估熔融物堆内滞留(IVR)策略下金属熔融物堆外蒸汽爆炸强度,本文使用MC3D软件建立侧边环向破口几何模型,研究熔融物液滴氧化、熔融物碎片氧化以及氧化热、产氢速率等参数对于蒸汽爆炸强度的影响,分析现象对应的机理,并对参数的重要度进行排序。敏感性分析结果表明,预混阶段熔融液滴氧化使得蒸汽和氢气空泡份额增加,导致爆炸阶段蒸汽爆炸强度被减弱;与熔融物液滴氧化相比,熔融物碎片由于比表面积大,外围的蒸汽更容易穿过氢气膜与碎片接触而持续发生氧化反应,碎片氧化反应产生的大量反应热使得蒸汽爆炸强度显著增强;金属熔融物在爆炸阶段,蒸汽空泡效应和氢气空泡效应对蒸汽爆炸强度影响较弱,占主导作用的影响因素为氧化热量。

RPV侧边破口条件下堆外蒸汽爆炸计算分析

针对实际过程中更有可能发生的压力容器(RPV)侧边破口条件开展蒸汽爆炸计算分析。根据经济合作与发展组织(OECD)发布的现象识别与重要度排序表(PIRT),选取堆外蒸汽爆炸敏感性分析参数,使用MC3D软件建立三维局部破口和二维环状破口几何模型,对影响计算结果的重要参数(破口尺寸、堆坑水位、破口位置、触发条件、液柱碎化和液滴碎化模型)开展RPV侧边破口条件下敏感性分析,获得最恶劣计算工况条件。敏感性分析结果表明,在大破口失水事故(LBLOCA)工况下,当堆坑处于满水位、RPV发生二维侧边环状破口、接触堆坑侧壁面时触发蒸汽爆炸、采用CONST模型和Classical模型时,堆坑侧壁面的压力载荷计算结果最为保守,对堆坑和安全壳完整性威胁最大。