钠冷快增殖堆钠雾火分析计算

在钠冷快增殖堆假想事故中 ,由于管道破裂 ,钠喷出到有氧的房间引起钠雾火 ,导致房间内温度及压力的上升。在NACOM单个液滴燃烧模型的基础上 ,考虑燃烧钠液滴的运动以及由于钠液滴与气体的热平衡关系 ,并忽略由于液滴间的相互作用影响 ,编制程序SPCOM。对钠雾火过程中涉及的液滴运动、液滴燃烧、喷雾燃烧以及质量热量传递问题进行了模拟。计算了钠雾火引起的房间的温度及压力瞬变 ,并与实验进行了比较 。

钠冷快堆钠雾火事故三维数值模拟

针对钠冷快堆可能发生的钠雾火事故,开发和研制了一套用于钠火事故分析,能求解发生钠雾火事故后,事故空间3维的气体温度分布和化学成份分布的程序。本文详细介绍了分析求解钠雾火的燃烧模型和热传输模型,以及计算空间流场采用的计算方法和步骤,并将计算结果与试验值进行了比较。结果表明,二者符合较好。

钠雾火试验结果及与雾火程序计算的比较分析

钠雾火试验在一个体积为2.4 m^3的封闭容器内进行,用于分析雾状钠火的热动力学后果。250℃的液态钠在电磁泵的驱动下经过直径为2.4mm的喷头呈液滴喷出形成雾状钠火,喷头与容器底部的距离为1.35m,钠喷射流量约14.85g/s,喷射持续78s,试验测得容器内的气体在78s时达到最高压力41kPa,113s时达到最高温度190℃。将试验数据和利用基于雾状钠火计算程序(NACOM)编制的计算程序计算得到的数据进行了对比和分析。结果表明:当将钠喷射的流量修正为3.83g/s、容器壁的总传热系数修正为9.6 W/(m^2·K)时,钠喷射期间,计算压力大于试验压力,钠喷射结束后,计算的压力变化曲线和试验所得的压力变化曲线吻合较好;而计算所得的温度曲线和试验测得的温度曲线有较大差异,理论上容器内的温度在第78s时达到最大值303℃,分析认为是因为热电偶测量的温度存在滞后现象。

钠工艺间钠雾火模型适用性分析

钠冷快堆钠泄漏事故中,泄漏的钠以液滴形式在抛射过程中与空气剧烈反应,发生钠雾火现象。通过桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories,SNL)的T3钠雾火实验结果,以及原子国际(Atomics International,AI)的J1~J4钠雾火实验结果,对改进的Tsai钠雾火模型适用性进行了评估。针对Tsai模型高估实际工况钠喷雾燃烧速率的问题,将Tsai模型中钠液滴下落模型改为单一速度模型,同时将喷雾燃烧对空间的影响改为瞬发。在T3实验中分析了钠雾火阶段对改进模型适用性的影响,在J1~J4实验中分析了初始氧气浓度对改进模型适用性的影响。结果表明:改进的钠雾火模型能够很好地预测空气中钠喷雾燃烧的升温升压现象以及钠消耗量,可以应用于预测钠工艺间内钠泄漏事故后发生在空气中的钠雾火行为。

基于最大熵原理的钠液滴粒径分布模型开发

钠雾火事故是快堆安全分析的重要对象之一,液钠在系统压差下向外界喷射所形成的液滴粒径分布是影响钠雾火事故危险程度的关键因素之一。为预测钠雾火事故中液滴粒径的分布情况,基于最大熵原理,以质量守恒方程作为主要约束条件,推导了钠液滴粒径分布的理论模型;为方便应用,基于雾化燃料、液钠开展的粒径分布实验数据,通过拟合方法获得了半经验关系式,描述了钠液滴粒径分布与压差间的关系。最后,通过与氩气气氛钠喷射试验获得的不同压差下钠液滴平均粒径实验数据的比对,验证了该模型,且预测相对误差可以控制在30%以内。该模型也反映出伴随压差的增加,钠液滴的平均粒径逐渐减小。