1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Прикладная математика и механика
  4. T. 87, № 3, 2023

Прикладная математика и механика, 2023, T. 87, № 3, стр. 475-488

Исследование волны термической детонации в смеси капель воды с расплавленным свинцом

В. И. Мелихов 1, *, О. И. Мелихов 1, **, Салех Башар 1, ***

1 НИУ “МЭИ”
Москва, Россия

* E-mail: MelikhovVI@mpei.ru
** E-mail: MelikhovOI@mpei.ru
*** E-mail: basharsaleh10@gmail.com

Поступила в редакцию 25.03.2023
После доработки 12.04.2023
Принята к публикации 24.04.2023

Аннотация

Исследованы закономерности волны термического взаимодействия капель воды, находящихся в высокотемпературном расплаве свинца, или волны термической детонации. Вследствие вскипания воды на поверхности свинца обе жидкости (фазы) разделены паровой пленкой. Используется одномерная модель взаимодействующих и взаимопроникающих континуумов, которая описывает динамику каждой жидкости введением специального поля, характеризующегося своими скоростью, температурой и объемной долей. Скорость волны определяется равенством скоростей и температур фаз в плоскости Чепмена–Жуге. Параметры на скачке давления вычисляются из условий на разрыве и являются граничными условиями для интегрирования уравнений сохранения в зоне взаимодействия капель воды с расплавом. Получающаяся структура волны термической детонации характеризуется тем, что максимальное давление находится на некотором удалении от ударной волны.

Ключевые слова: многофазная среда, термическая детонация, многожидкостная модель, термическое взаимодействие, фрагментация капель, межфазное трение

Список литературы

  1. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. М.: Гостехиздат, 1955. 268 с.

  2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие. В 10 тт. Т. VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.

  3. Крайко А.Н. Неустойчивость стационарных течений в каналах переменной площади поперечного сечения с детонационной волной Чемпена–Жуге // ПММ. 2019. Т. 83. № 3. С. 354–369.

  4. Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И., Попов В.В. Переход конвективного горения аэровзвесей унитарного топлива в детонацию // Физика горения и взрыва. 1980. № 5. С. 102–106.

  5. Нигматулин Р.И., Вайнштейн П.Б., Ахатов И.Ш. Структура стационарных детонационных волн в смесях газа с частицами унитарного топлива // в сб.: Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация. Черноголовка: Ин-т хим. физ. АН СССР, 1980. 128 с. С. 96–99.

  6. Ахатов И.Ш., Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И. Структура детонационных волн в газовзвесях унитарного топлива // Изв. АН СССР. МЖГ. 1981. № 5. С. 47–53.

  7. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. I. М.: Наука, 1987. 464 с.

  8. Board S.J., Hall R.W., Hall R.S. Detonation of a fuel coolant explosion // Nature. 1975. V. 254. P. 319–321.

  9. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Гидродинамика и теплофизика паровых взрывов. М.: ИПМех РАН, 2020. 276 с.

  10. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Термическое взаимодействие высокотемпературных расплавов с жидкостями // ТВТ. 2022. Т. 60. № 2. С. 280–318.

  11. Sharon A., Bankoff S.G. On the existence of steady supercritical plane thermal detonations // Int. J. Heat Mass Trans. 1981. V. 24. P. 1561–1572.

  12. Frost D.L., Lee J.H.S., Ciccarelli G. The use of Hugoniot analysis for the propagation of vapor explosion waves // Shock Waves. 1991. V. 1. P. 99–110.

  13. Iskhakov A.S., Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E., Le Tran Chung. Hugoniot analysis of experimental data on steam explosion in stratified melt-coolant configuration // Nucl. Engng.&Design. 2019. V. 347. P. 151–157.

  14. Dinh T.N. Multiphase flow phenomena of steam generator tube rupture in a lead-cooled reactor system: a scoping analysis // Proc. ICAPP 2007. Paper No. 7497. May 13–18, 2007. Nice, France.

  15. Iskhakov A.S., Melikhov V.I., Melikhov O.I. Hugoniot analysis of energetic molten lead water interaction // Annals of Nucl. Energy. 2019. V. 129. P. 437–449.

  16. Sobolev V. Database of thermophysical properties of liquid metal coolants for GEN-IV. Sodium, lead, lead-bismuth eutectic (and bismuth) // in: Belgian Nuclear Res. Centre. Sci. Rep. SCK CEN-BLG-1069. Boeretang, Belgium. 2010. P. 175.

  17. IAPWS (The Int. Assoc. for the Properties of Water&Steam). http://www.iapws.org

  18. Pilch M., Erdman C.A. Use of breakup time data and velocity history data to predict the maximum size of stable fragments for acceleration-induced breakup of a liquid drop // Int. J. Multiphase Flow. 1987. V. 13. P. 741–757.

  19. Meignen R., Picchi S., Lamome J. et al. The challenge of modeling fuel-coolant interaction: Pt. I – Premixing // Nucl. Engng.&Design. 2014. V. 280. P. 511–527.

  20. Fletcher D.F., Anderson R.P. A review of pressure-induced propagation models of the vapour explosion process // Prog. Nucl. Energy. 1990. V. 23. P. 137–179.

  21. Fletcher D.F. An improved mathematical model of melt/water detonations – I. Model formulation and example results // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. V. 34. № 10. P. 2435–2448.

  22. Безносов А.В., Пинаев С.С., Давыдов Д.В. и др. Экспериментальные исследования характеристик контактного теплообмена свинцовый теплоноситель–рабочее тело // Атомная энергия. 2005. Т. 98 (3). С. 182–187.

  23. Carachalios C., Burger M., Unger H. A transient two-phase model to describe thermal detonations based on hydrodynamic fragmentation // in: Proc. Int. Meeting on LWR Severe Accident Evaluation, Cambridge, Massachusetts, 28 Aug.–1 Sep. 1983.

  24. Ishii M., Hibiki T. Thermo-Fluid Dynamics of Two-Phase Flow. New York: Springer, 2011. 518 p.

  25. Kolev N.I. Multiphase Flow Dynamics. V. 1. Fundamentals. New York: Springer, 2015. 840 p.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Прикладная математика и механика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал