1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 7, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 7, стр. 63-71

Экспериментальные исследования явлений, происходящих при триггеринге парового взрыва

Н. В. Васильев a, b, *, С. Н. Вавилов a, Ю. А. Зейгарник a, Е. А. Лиджиев a, b

a Объединенный институт высоких температур РАН
125412 Москва, Ижорская ул., д. 13, стр. 2, Россия

b Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
105005 Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, Россия

* E-mail: nikvikvas@mail.ru

Поступила в редакцию 22.11.2023
После доработки 18.01.2024
Принята к публикации 25.01.2024

Аннотация

Работа посвящена экспериментальному исследованию отдельных слабоизученных стадий триггеринга парового взрыва (опасного разрушительного явления, возникающего при определенных аварийных ситуациях в атомной энергетике, металлургической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности). Проведены эксперименты по исследованию распространения фронта детонации после самопроизвольного взрывного вскипания (триггеринга) воды на расплавленной капле соли (NaCl) и стимулированного им парового взрыва на близко расположенных соседних каплях соли и олова. Температура расплавляемых капель в опытах составляла 850–1100°С, температура воды – комнатная (22–24°С). Основным инструментом исследования служила высокоскоростная видеосъемка процесса (частота съемки до 50 кГц, экспозиция до 5 мкс). В целях исследования начальной стадии триггеринга, связанной с локальным контактом охладителя с горячим веществом, проводились эксперименты с использованием высокоскоростных видеосъемок процесса схода паровой пленки на горячей твердой сфере, синхронизированных с фиксацией контакта сфера‒охладитель электрическим способом. Приведены кадры мгновенного (precipitous) режима схода паровой пленки длительностью 200–500 мкс и постепенного (progressive) продолжительностью примерно 100 мс на сферах при близких условиях опытов. Показано, что основное влияние на режим схода пленки и парового взрыва на расплавленных каплях олова оказывает импульс давления от парового взрыва на близлежащей капле NaCl. Определены характерные времена процесса триггеринга – десятки-сотни микросекунд. Установлено значение первичного импульса давления в жидкости. Подтверждена определяющая роль в триггеринге тонкой фрагментации сантиметровых капель горячей жидкости первого контакта холодной жидкости с их поверхностью.

Ключевые слова: паровой взрыв, недогретая вода, расплавленная соль, жидкие металлы, олово, твердая сфера, паровая пленка, индикатор электрического контакта, самопроизвольный триггеринг, высокоскоростная видеосъемка

Список литературы

  1. Witte L.C., Cox J.E., Bouvier J.E. The vapor explosions // J. Metals. 1970. V. 39. P. 35–38.

  2. Woodruff W.L. The PARET code and the analysis of the SPERT I transients. ANL/RERTR/TM-4. 1982.

  3. Reid R.C. Rapid phase transitions from liquid to water // Adv. Chem. Eng. 1983. V. 12. P. 105–208.

  4. Fletcher D.F., Theofanous T.G. Heat transfer and fluid dynamic aspects of explosive melt–water interactions // Adv. Heat Transfer. 1997. V. 29. P. 129–213. https://doi.org/10.1016/S0065-2717(08)70185-0

  5. Berthoud G. Vapor explosions // Ann. Rev. Fluid Mech. 2000. V. 32. No. 1. P. 573–611. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.32.1.573

  6. Status of steam explosion understanding and modeling / R. Meignen, B. Raverdy, M. Buck, G. Pohlner, P. Kudinov, W. Mac, C. Brayer, P. Piluso, S.-W. Hong, M. Leskovar, M. Ursic, G. Albrecht, I. Lindholm, I. Ivanov // Ann. Nucl. Energy. 2014. V. 74. P. 125–133. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.07.008

  7. Corium behavior and steam explosion risks: A review of experiments / P. Shen, W. Zhou, N. Cassiaut-Louis, C. Journeau, P. Piluso, Y. Liao // Ann. Nucl. Energy. 2018. V. 121. P. 162–176. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2018.07.029

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

  9. Heat transfer considerations on the spontaneous triggering of vapor explosions – A review / A. Simons, I. Bellemans, T. Crivits, K. Verbeken // Metals. 2021. V. 11. No. 55. https://doi.org/10.3390/met11010055

  10. Corradini M.L. Molten fuel/coolant interactions: recent analysis of experiments // Nucl. Sci. Eng. 1984. V. 86. P. 372–387. https://doi.org/10.13182/NSE84-A18638

  11. Magallon D., Huhtiniemi I. Corium melt quenching tests at low pressure and subcooled water in FARO // Nucl. Eng. Des. 2001. V. 204. P. 369–376. https://doi.org/10.1016/S0029-5493(00)00318-6

  12. Huhtiniemi I., Magallon D. Insight into steam explosions with corium melts in KROTOS // Nucl. Eng. Des. 2001. V. 204. P. 391–400. https://doi.org/10.1016/S0029-5493(00)00319-8

  13. Fuel coolant interaction experiments in TROI using a UO2/ZrO2 mixture / J.H. Song, I.K. Park, Y.S. Shin, J.H. Kim, S.W. Hong, B.T. Min, H.D. Kim // Nucl. Eng. Des. 2003. V. 222. No. 1. P. 1–15.

  14. Паровые взрывы: анализ экспериментальных исследований / А.Д. Ефанов, Ю.Н. Загорулько, О.В. Ремизов, Ф.А. Козлов, А.П. Сорокин, И.Л. Богатырев // Теплоэнергетика. 1997. № 8. С. 17–24.

  15. Экспериментальные исследования термического взаимодействия кориума с теплоносителями / Ю.И. Загорулько, В.Г. Жмурин, А.Н. Волов, Ю.П. Ковалев // Теплоэнергетика. 2008. № 3. С. 48–58.

  16. Ивочкин Ю.П. Исследование механизмов термогидродинамических и МГД-процессов с жидкометаллическими рабочими телами: дис. … докт. техн. наук. М.: ОИВТ РАН, 2015.

  17. Stevens J., Witte L. Destabilization of vapor film boiling around spheres // Int. J. Heat Mass Transfer. 1973. V. 16. No. 3. P. 669–670.

  18. Kikuchi Y., Takeshi E., Michiyoshi I. Measurement of liquid-solid contact in film boiling // Int. J. Heat Mass Transfer. 1992. V. 35. P. 1589–1594. https://doi.org/10.1016/0017-9310(92)90047-V

  19. Экспериментальное исследование характеристик взрывного вскипания недогретой воды на горячей поверхности при смене режимов кипения / В.Г. Жилин, Ю.А. Зейгарник, Ю.П. Ивочкин, А.А. Оксман, К.И. Белов // ТВТ. 2009. Т. 47. № 6. С. 891–898.

  20. Film boiling collapse in a solid hot sphere immersed in subcooled forced convection / P. Ni, Z. Wen, F. Su, J. Huang, X. Liu, G. Lou, R. Dou // Appl. Therm. Eng. 2020. V. 166. P. 114630. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114630

  21. Yagov V.V., Minko K.B., Zabirov A.R. Two distinctly different modes of cooling high-temperature bodies in subcooled liquids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 167. P. 120838. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120838

  22. Dullforce T.E., Buchanan D.J., Perckover R.S. Self-triggering of small-scale fuel–coolant interactions: I. Experiments // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 9. P. 1295–1303. https://doi.org/10.1088/0022-3727/9/9/006

  23. Han S.H., Bankoff S.G. Thermal interaction of molten tin drops with water triggered by low-pressure shock // Int. J. Heat Mass Transfer. 1987. V. 30. P. 569–579.

  24. Fragmentation regimes during the thermal interaction between molten tin droplet and cooling water / C. Wang, C. Wang, B. Chen, M. Li, Z. Shen // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 166. P. 120782. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120782

  25. Park H.S., Hansson R.C., Sehgal B.R. Fine fragmentation of molten droplet in highly subcooled water due to vapor explosion observed by X-ray radiography // Exp. Therm. Fluid Sci. 2005. V. 29. No. 3. P. 351–361. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2004.05.013

  26. Zyszkowski W. Study of the thermal explosion phenomenon in molten copper – water system // Int. J. Heat Mass Transfer. 1976. V. 19. P. 849–868.

  27. Phenomena and mechanism of molten copper column interaction with water / J. Song, C. Wang, B. Chen, M. Li, Z. Shen, C. Wang // Acta Mechanica. 2020. V. 231. No. 6. P. 2369–2380. https://doi.org/10.1007/s00707-020-02667-x

  28. Спонтанный триггеринг парового взрыва: результаты экспериментальных исследований / С.Н. Вавилов, Н.В. Васильев, Ю.А. Зейгарник, А.В. Клименко, Д.А. Скибин // Теплоэнергетика. 2022. № 7. С. 15–22. https://doi.org/10.1134/S0040363622070074

  29. Васильев Н.В., Вавилов С.Н., Зейгарник Ю.А. Визуализация процессов, происходящих при самопроизвольном триггеринге парового взрыва // Научная визуализация. 2023. Т. 15. № 2. С. 38–44.https://doi.org/10.26583/sv.15.2.04

  30. Вавилов С.Н., Васильев Н.В., Зейгарник Ю.А. Паровой взрыв: экспериментальные наблюдения // Теплоэнергетика. 2022. № 1. С. 78–84. https://doi.org/10.1134/S0040363621110072

  31. Jin E., Bussmann M., Tran H. An experimental study of smelt-water interaction in the recovery boiler dissolving tank // Tappi J. 2015. V. 14. No. 6. P. 385–393. https://doi.org/10.32964/TJ14.6.385

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал