论文部分内容阅读
第四代反应堆在经济性、铀资源利用率上相对前几代反应堆有很大的提高,其中钠冷快堆是第四代反应堆的典型代表。然而钠冷快堆中钠泄漏和燃烧引起的钠火事故严重影响反应堆安全,而钠滴燃烧是研究钠火事故的基础,因此本研究主要对钠火事故中钠滴燃烧进行仿真研究。本研究以钠滴预燃模型、气相区燃烧模型及其他成熟的理论模型为基础建立钠滴燃烧仿真模型,同时借鉴其他金属和非金属液滴燃烧仿真经验,选择FLUENT软件进行模拟仿真,以钠滴燃烧实验为基础,验证仿真模型的有效性,对钠滴燃烧有较高的计算精度,计算值与实验值相对误差为7-10%;最后基于该仿真模型对钠滴燃烧特性进行分析,包括释热率、反应组分质量分数等,并研究钠滴初始温度、直径、氧浓度和对流强度对钠滴燃烧的影响。根据仿真结果,钠-氧反应在钠滴附近发生,在该位置产生了较高的释热率,初始温度523K、氧浓度12%时最大释热率为4.98W。由于反应的发生和氧化剂的进入,使得钠蒸气不能扩散到离钠滴较远的位置;当钠滴燃烧时,最高温度为火焰锋面温度;由于初始阶段钠蒸发率较小,环境中氧气质量分数较低,化学反应较弱,随着时间增加,钠-氧反应变得剧烈,使反应热和反应产物质量分数迅速增加;由于过氧化钠在高温下发生还原反应生成氧化钠和氧气,因此氧化钠质量分数大于过氧化钠;环境中氧气质量分数主要由进口速率、出口排气速率和反应能力决定,钠蒸气质量分数主要由反应能力和蒸发速率决定。在钠滴燃烧过程中改变进气口氧浓度可以改变钠滴燃烧机理,其余影响因素只能改变钠滴燃烧剧烈程度,影响因素对应的值越大,钠滴燃烧越剧烈,但是随着其相应值的增加,对钠滴燃烧的影响逐渐减弱。结合喷雾钠火特点,选择FLUENT对雾化场中钠滴特性进行初步分析,采用DPM模型追踪不同初始直径(5-8mm)下,钠滴直径、雷诺数和位置分布的变化规律。初始直径越大,雾化钠滴直径平均变化率越小,钠滴雾化位置更加集中,雷诺数越大,为钠火研究奠定一定的理论基础。