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蒸汽夹带作用下高温颗粒表面拖曳力模型研究

彭程 邓坚

彭程, 邓坚. 蒸汽夹带作用下高温颗粒表面拖曳力模型研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 61-65. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0061
引用本文: 彭程, 邓坚. 蒸汽夹带作用下高温颗粒表面拖曳力模型研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 61-65. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0061
Peng Cheng, Deng Jian. Study on Drag Force Model of High-Temperature Particle Under Steam Entrainment[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 61-65. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0061
Citation: Peng Cheng, Deng Jian. Study on Drag Force Model of High-Temperature Particle Under Steam Entrainment[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 61-65. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0061

蒸汽夹带作用下高温颗粒表面拖曳力模型研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0061
基金项目: 国家自然科学基金(12105167);上海市青年科技英才扬帆计划(21YF1414800)
详细信息
    作者简介:

    彭 程(1990—),男,讲师,博士,现主要从事核安全分析以及严重事故机理等研究工作,E-mail: diomio@shiep.edu.cn

    通讯作者:

    邓 坚,E-mail: dengjian_npic@163.com

  • 中图分类号: TL364+.4

Study on Drag Force Model of High-Temperature Particle Under Steam Entrainment

  • 摘要: 高温熔融物在冷却剂中的沉降过程关系到蒸汽爆炸的触发及后续过程的发展,影响严重事故缓解措施的设计与实施。基于高温颗粒表面蒸汽膜的夹带作用,通过理论建模与实验拟合的方法,构建了预测粗混合阶段颗粒在冷却剂中沉降过程的拖曳力系数的半经验关系式,表示为颗粒弗洛德数(Frp)与夹带雷诺数(Reα)的函数。通过与高温钢球下落冷液中沸腾运动过程实验结果的比较,验证了粗混合初期蒸汽的夹带作用是颗粒沉降的主导因素。另外,沉降速度的变化受高温颗粒的直径影响。颗粒的直径越小,其沉降特征越接近于“冷颗粒”,这主要与蒸汽夹带作用的降低有关。

     

  • 图  1  基于基准工况实验数据的拟合结果

    Figure  1.  Fitting Results Based on Experimental Data from the Base Case

    图  2  钢球沉降速度的实验结果与预测结果的比较

    Figure  2.  Comparisons between Experimental Data and Predictions on Settling Velocity of Steel Ball

    图  3  高温熔融物下落前缘的变化

    Figure  3.  Change of the Falling Leading Edge of High-temperature Melt

    图  4  不同直径钢球沉降速度的变化过程

    Figure  4.  Variation Process of Settling Velocity of Steel Balls with Different Diameters

    表  1  拖曳力系数实验结果与预测结果的比较

    Table  1.   Comparisons between Experimental Data and Predictions on Drag Force Coefficient

    时间/10−2s速度/(m·s−1)实验CD/10−1预测CD/10−1相对误差/%
    1.054.503.012.19−27.40
    2.114.172.932.41−17.60
    3.173.762.682.731.89
    4.003.543.362.93−12.90
    5.063.223.533.25−7.89
    5.813.032.533.4737.40
    6.652.934.753.60−24.20
    7.402.714.443.90−12.10
    8.162.553.384.1522.90
    9.232.435.184.35−16.00
    9.982.284.254.628.70
    10.92.184.314.8312.10
    11.82.095.465.03−7.85
    12.71.975.635.31−5.81
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  • [1] PENG C, TONG L L, CAO X W. Preliminary study on the fuel-coolant interaction triggered by thermal effect[J]. Annals of Nuclear Energy, 2016, 98: 112-119. doi: 10.1016/j.anucene.2016.07.033
    [2] CAO X W, TOBITA Y, KONDO S. A thermal fragmentation model induced by surface solidification[J]. Journal of Nuclear Science and Technology, 2002, 39(6): 628-636. doi: 10.1080/18811248.2002.9715243
    [3] PENG C, TONG L L, CAO X W. A hydrodynamic fragmentation model based on boundary layer stripping[J]. Annals of Nuclear Energy, 2015, 80: 95-100. doi: 10.1016/j.anucene.2015.01.034
    [4] OECD/NEA. OECD Research program on fuel-coolant interaction: steam explosion resolution for nuclear applications-SERENA: NEA/CSNI/R(2007)11[R]. Paris: OECD/NEA/CSNI, 2007.
    [5] TSAI S S. The NACOM code for analysis of postulated sodium spray fires in LMFBRs: NUREG/CR-1405, BNL-NUREG-51180[R]. Washington: U. S. Nuclear Regulatory Commission, 1980.
    [6] SARAVANAN S M, RAO P M, NASHINE B K, et al. NAFCON-SF: a sodium spray fire code for evaluating thermal consequences in SFR containment[J]. Annals of Nuclear Energy, 2016, 90: 389-409. doi: 10.1016/j.anucene.2015.09.030
    [7] CAO X W, TOBITA Y. Drag correlations for a hot particle/droplet with vapor film[J]. Journal of Nuclear Science and Technology, 2001, 38(9): 721-728. doi: 10.1080/18811248.2001.9715088
    [8] 李小燕,尚智,徐济鋆. 高温颗粒落入水中瞬态过程的数值模拟[J]. 核动力工程,2006, 27(6): 33-37,55. doi: 10.3969/j.issn.0258-0926.2006.06.008
    [9] 胡志华,匡波,杨燕华. 高温颗粒在液面下运动的蒸发阻力模型[J]. 核动力工程,2006, 27(S1): 83-85,98.
    [10] PENG C. Build-up of hydrogen up-flow model in consideration of air resistance and entrainment[J]. International Journal of Energy Research, 2019, 43(13): 7010-7020.
    [11] 杨世铭, 陶文铨. 传热学[M]. 第四版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 304-306.
    [12] HIRST E. Buoyant jets discharged to quiescent stratified ambients[J]. Journal of Geophysical Research, 1971, 76(30): 7375-7384. doi: 10.1029/JC076i030p07375
    [13] 詹经祥,胡志华,李小燕,等. 高温颗粒下落冷液中沸腾运动过程实验研究[J]. 原子能科学技术,2004, 38(S1): 37-41.
    [14] KAISER A, SCHÜTZ W, WILL H. PREMIX experiments PM12-PM18 to investigate the mixing of a hot melt with water: FZKA-6380[R]. Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 2001.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-17
  • 修回日期:  2022-01-05
  • 刊出日期:  2022-12-14

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