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RPV侧边破口条件下堆外蒸汽爆炸计算分析

陈鹏 赵鑫海 展德奎 夏少雄

陈鹏, 赵鑫海, 展德奎, 夏少雄. RPV侧边破口条件下堆外蒸汽爆炸计算分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 175-182. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0175
引用本文: 陈鹏, 赵鑫海, 展德奎, 夏少雄. RPV侧边破口条件下堆外蒸汽爆炸计算分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 175-182. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0175
Chen Peng, Zhao Xinhai, Zhan Dekui, Xia Shaoxiong. Analysis of Ex-Vessel Steam Explosion under RPV Side Break Cases[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 175-182. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0175
Citation: Chen Peng, Zhao Xinhai, Zhan Dekui, Xia Shaoxiong. Analysis of Ex-Vessel Steam Explosion under RPV Side Break Cases[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 175-182. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0175

RPV侧边破口条件下堆外蒸汽爆炸计算分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0175
基金项目: 国家重点研发计划资助(2019YFB1900702)
详细信息
    作者简介:

    陈 鹏(1984—),硕士研究生,高级工程师,现主要从事核电厂严重事故分析研究,E-mail: chpeng@cgnpc.com.cn

    通讯作者:

    展德奎,E-mail: zhandekui@cgnpc.com.cn

  • 中图分类号: TL334

Analysis of Ex-Vessel Steam Explosion under RPV Side Break Cases

  • 摘要: 针对实际过程中更有可能发生的压力容器(RPV)侧边破口条件开展蒸汽爆炸计算分析。根据经济合作与发展组织(OECD)发布的现象识别与重要度排序表(PIRT),选取堆外蒸汽爆炸敏感性分析参数,使用MC3D软件建立三维局部破口和二维环状破口几何模型,对影响计算结果的重要参数(破口尺寸、堆坑水位、破口位置、触发条件、液柱碎化和液滴碎化模型)开展RPV侧边破口条件下敏感性分析,获得最恶劣计算工况条件。敏感性分析结果表明,在大破口失水事故(LBLOCA)工况下,当堆坑处于满水位、RPV发生二维侧边环状破口、接触堆坑侧壁面时触发蒸汽爆炸、采用CONST模型和Classical模型时,堆坑侧壁面的压力载荷计算结果最为保守,对堆坑和安全壳完整性威胁最大。

     

  • 图  1  网格划分

    Figure  1.  Mesh Generation

    图  2  堆坑侧壁面最大冲量对比(不同破口尺寸)

    Figure  2.  Comparison of Maximum Impulse on Pit Side Wall(Different Break Sizes)      

    图  3  熔融物液滴质量对比

    Figure  3.  Comparison of Melt Droplets Mass

    图  4  不同时刻压力变化切面图

    a、b、c——三维侧边局部破口(破口尺寸π/3)不同时刻压力变化图;d、e、f、g—二维侧边环状破口(破口尺寸2π)不同时刻压力变化图

    Figure  4.  Section Diagram of Pressure Change at Different Times

    图  5  堆坑侧壁面最大冲量对比(不同堆坑初始水位)

    Figure  5.  Comparison of Maximum Impulse on Pit Side Wall (Different Initial Water Levels in the Reactor Pit)      

    图  6  堆坑底壁面最大冲量对比

    Figure  6.  Comparison of Maximum Impulse on Pit Bottom Wall     

    图  7  堆坑壁面最大冲量对比(CONST模型)

    Figure  7.  Comparison of Maximum Impulse on Pit Wall (CONST Model)

    图  8  堆坑壁面最大冲量对比(Kelvin-Helmholtz模型)

    Figure  8.  Comparison of Maximum Impulse on Pit Wall (Kelvin-Helmholtz Model)

    图  9  2种模型预混阶段熔融物液滴平均直径随时间变化

    Figure  9.  Variation of the Average Diameter of the Melt Droplets with Time in the Pre-Mixing Phase of the Two Models

    图  10  2种触发条件下堆坑侧壁面和堆坑底壁面最大冲量对比     

    Figure  10.  Comparison of the Maximum Impulse on the Side and the Bottom Walls of the Pit under Two Trigger Conditions

    图  11  爆炸触发时熔融物分布

    Figure  11.  Melt Distribution at the Explosion Triggering Moment     

    图  12  2种液滴碎化模型下堆坑壁面最大冲量对比

    Figure  12.  Comparison of the Maximum Impulse on the Pit Wall under Two Droplet Fragmentation Models

    图  13  2种液滴碎化模型下熔融物平均直径对比

    Figure  13.  Comparison of the Average Diameter of the Melt under Two Droplet Fragmentation Models

    表  1  堆外蒸汽爆炸工况参数PIRT

    Table  1.   PIRT for Condition Parameters of Ex-vessel Steam Explosion

    工况参数重要程度排序认知状态
    熔融物过热度充分
    冷却剂(水)温度充分
    安全壳压力中等
    熔融物液柱流速中等
    熔融物液柱直径不足
    堆坑水位中等
    破口位置不足
    冷却剂杂质中等
    熔融物物性介于中~高中等
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    表  2  堆外蒸汽爆炸现象参数PIRT

    Table  2.   PIRT for Phenomenon Parameters of Ex-vessel Steam Explosion

    现象参数重要程度排序认知状态
    液柱在气空间碎化充分
    液柱在水中碎化中等
    预混阶段熔融液滴特性中等
    熔融物凝固中等
    预混过程空泡中等
    增压机理中等
    换热充分
    分层蒸汽爆炸不足
    熔融物氧化不足
    触发条件中等
    爆炸过程细粒碎化中等
    下载: 导出CSV

    表  3  蒸汽爆炸敏感性分析计算算例

    Table  3.   Calculation Examples for Sensitivity Analysis of Steam Explosion

    算例破口位置破口尺寸堆坑初始水位/m液柱碎化模型触发条件爆炸细粒碎化模型
    Case 1侧边局部破口环向π/38.76CONST模型堆坑侧壁面触发Classical
    Case 2侧边局部破口环向2π/38.76CONST模型堆坑侧壁面触发Classical
    Case 3侧边局部破口环向π8.76CONST模型堆坑侧壁面触发Classical
    Case 4侧边环状破口环向2π8.76CONST模型堆坑侧壁面触发Classical
    Case 5侧边环状破口环向2π1.0CONST模型堆坑底壁面触发Classical
    Case 6侧边环状破口环向2π2.0CONST模型堆坑底壁面触发Classical
    Case 7侧边环状破口环向2π4.0CONST模型堆坑底壁面触发Classical
    Case 8侧边环状破口环向2π6.0CONST模型堆坑侧壁面触发Classical
    Case 9底部破口半径0.33 m8.76CONST模型堆坑底壁面触发Classical
    Case 10底部破口半径0.33 m8.76Kelvin-Helmholtz模型堆坑底壁面触发Classical
    Case 11侧边环状破口环向2π8.76Kelvin-Helmholtz模型堆坑侧壁面触发Classical
    Case 12侧边环状破口环向2π8.76CONST模型堆坑底壁面触发Classical
    Case 13侧边环状破口环向2π8.76CONST模型堆坑侧壁面触发Area transport
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-23
  • 录用日期:  2020-12-03
  • 修回日期:  2021-11-05
  • 刊出日期:  2022-02-01

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