陈　鹏，展德奎，张娟花，夏少雄，赵鑫海

分层熔池下金属熔融物堆外蒸汽爆炸研究

陈鹏，展德奎，张娟花，夏少雄，赵鑫海*

（中广核研究院，广东 深圳 518000）

压力容器下封头由于“热聚焦”效应在金属层位置最易发生失效，金属熔融物进入堆坑与冷却剂接触后有可能触发堆外蒸汽爆炸，威胁堆坑和安全壳的完整性。为了评估熔融物堆内滞留（IVR）策略下金属熔融物堆外蒸汽爆炸强度，本文使用MC3D软件建立侧边环向破口几何模型，研究熔融物液滴氧化、熔融物碎片氧化以及氧化热、产氢速率等参数对于蒸汽爆炸强度的影响，分析现象对应的机理，并对参数的重要度进行排序。敏感性分析结果表明，预混阶段熔融液滴氧化使得蒸汽和氢气空泡份额增加，导致爆炸阶段蒸汽爆炸强度被减弱；与熔融物液滴氧化相比，熔融物碎片由于比表面积大，外围的蒸汽更容易穿过氢气膜与碎片接触而持续发生氧化反应，碎片氧化反应产生的大量反应热使得蒸汽爆炸强度显著增强；金属熔融物在爆炸阶段，蒸汽空泡效应和氢气空泡效应对蒸汽爆炸强度影响较弱，占主导作用的影响因素为氧化热量。

堆外蒸汽爆炸；金属氧化；RPV侧边破口；MC3D

堆芯熔融物向下封头迁移后，由于熔融物中不同材料不互溶且密度存在差异，熔池分层形成上部金属层、下部氧化层的两层结构[1]或上部轻金属层、中部氧化层、底部重金属层三层结构[2]。但无论是两层结构或三层结构，上部轻金属层由于“热聚焦”效应，其热流密度与临界热流密度的相对裕量均显著低于底部氧化层和重金属层[3,4]。……