高温熔融物凝固机理的实验研究和数值模拟分析

摘要

堆芯熔融物在流道内的穿透和凝固是反应堆严重事故后的关键现象之一，影响着事故的进程，然而目前熔融物的凝固机理还未完全解明，熔融物的凝固模型还存在很多不确定性。本文通过实验和数值模拟相结合的方法，研究模拟熔融物在管内和棒束间的凝固过程与凝固机理,为凝固模型的开发提供数据支持。
　　在实验方面，本文进行了锡、铅和铅锡合金在钢管内或者9-棒束间的实验,实验表明熔融物在流道壁面形成了凝固层；同时，熔融物在大多数管道内都形成了柱状空腔和靠壁面的环状凝固壳。经过分析可知，熔融物在管道间的凝固比较符合Kamiyama提出的改进型凝固模型，而棒束内的凝固似乎更符合传热凝固模型。
　　在数值模拟方面，本文利用300℃锡金属在4~6mm管道内的凝固实验对FLUENT凝固模型进行了验证，利用模拟结果分析熔融物在管内流动的微观现象可知,熔融物穿透前端的黏度不断降低速度降低直至流动停滞导致了管道的堵塞。然后利用该模型研究了熔融物初速度、入口压头和管壁面温度对锡金属在5mm管道内流动穿透的影响，结果表明，三者的增加都将增加熔融物的穿透长度，而且初速度的增加将使得管道内形成环状凝固壳；最后利用该模型研究了1700℃的不锈钢的熔融物在100℃的5mm管道中的凝固穿透，结果表明，不锈钢的凝固时间将大大提前于30℃管道内的300℃锡金属，其穿透距离也大大缩短。

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第一章 序论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目标与研究方法

1.4 本文的结构

第二章 熔融金属凝固实验的设计

2.1 前言

2.2 实验系统设计

2.3 实验方案和工况制定

2.4 实验操作

2.5 实验后处理

2.6 实验误差分析

2.7 本章小结

第三章 金属熔融物凝固的实验研究

3.1 金属熔融物在管道间的凝固实验

3.2 金属在棒束间的凝固实验

3.3 基于实验的凝固机理讨论

3.4 本章小结

第四章 管内凝固的数值模拟与分析

4.1 相变模拟的固定网格技术概述

4.2 FLUENT 软件的熔化凝固模型

4.3 凝固模型验证

4.4 不同因素对锡金属在管道内穿透的影响

4.5 高熔点熔融物管内凝固模拟

4.6 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 本文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果

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