基于OpenFOAM的高温熔融锡液水力碎化数值模拟研究

为揭示高温熔融锡液与水相互作用过程中的碎化机理,基于开源软件包OpenFOAM®-v1806下的求解器icoReactingMultiphaseInterFoam模拟熔融锡液入水后的水力碎化过程,分析瑞利–泰勒不稳定性、开尔文–亥姆霍兹不稳定性及界面剪切力对熔融锡液柱碎化过程作用过程,探究水力碎化对液柱直径及液柱入水初速度对碎化剧烈程度的影响。研究表明液柱碎化剧烈程度、液柱单位时间内入水深度与液柱直径成反比,液柱入水后碎化剧烈程度、锡凝固速度与液柱入水时初速度成正比。

汽膜对熔滴水力学碎化影响的数值模拟

在熔融物与冷却剂相互作用(FCI)过程中,熔滴的水力学碎化对于后续是否产生蒸汽爆炸以及爆炸的强弱程度有着重要影响。传统的熔滴水力学碎化数值研究通常只考虑液液直接接触的两相系统;而堆芯熔化后,熔融物温度在2 500K以上,熔融物周围会迅速产生汽膜,导致熔滴和冷却剂之间的传热和阻力特性发生改变。本文基于PLIC-VOF(piecewise linear interface construction-volume of fluid)界面跟踪方法对有汽膜存在的三相系统中的熔滴水力学碎化过程进行了数值研究,通过分析熔滴在有无汽膜和不同边界速度触发情况下碎化过程中的界面特性,发现熔滴碎化程度随Weber数的增加而加剧,汽膜对熔滴的水力学碎化存在一定的抑制作用。

FCI过程中熔滴水力学碎化行为的数值研究

高温熔融物与冷却剂相互作用(FCI)是核反应堆严重事故中的关键问题。本文以FCI过程为背景,利用数值模拟的方法研究了由熔滴碰撞引起的水力学碎化行为。通过模拟水滴在空气中的碰撞验证了数值模型,然后模拟了不同参数下的UO_(2)熔滴碰撞,获得了熔滴碰撞形态,水力学碎化过程的压力场和速度场,分析了变形和碎化对熔融物与冷却剂的接触面积的影响。结果表明,熔滴变形只对中间过程的最大接触面积有影响,而最终接触面积由熔滴碎化程度决定。