理论教育 再淹没阶段:堆芯包壳温度峰值的关键因素

再淹没阶段:堆芯包壳温度峰值的关键因素

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:再淹没阶段开始于压力容器内的水位达到堆芯底端并开始向上升的时刻。第二峰值包壳温度再淹没是从堆芯底部开始的,在堆芯下部淹没时,堆芯上部燃料元件可能还在继续升温,所以堆芯包壳温度峰值的高低决定于堆芯上部燃料元件温度升高的趋势得到抑制的时间。产生的蒸汽夹带着许多液滴,向上流出堆芯,并对其流经的元件表面提供预冷,其冷却的效果随着再淹没水位的上升越来越好,从而使堆芯上部燃料温度上升的趋势逐渐得到抑制。

再淹没阶段:堆芯包壳温度峰值的关键因素

再淹没阶段开始于压力容器内的水位达到堆芯底端并开始向上升的时刻。在这一阶段中会出现下列重要的物理现象。

(1)第二峰值包壳温度

再淹没是从堆芯底部开始的,在堆芯下部淹没时,堆芯上部燃料元件可能还在继续升温,所以堆芯包壳温度峰值的高低决定于堆芯上部燃料元件温度升高的趋势得到抑制的时间。在应急冷却剂进入堆芯时,遇到温度很高的包壳表面,沸腾过热十分剧烈。产生的蒸汽夹带着许多液滴,向上流出堆芯,并对其流经的元件表面提供预冷,其冷却的效果随着再淹没水位的上升越来越好,从而使堆芯上部燃料温度上升的趋势逐渐得到抑制。第二峰值包壳温度大约出现在事故出现后的60~80 s。峰值的幅度取决于燃料元件的气隙热阻。如果气隙热阻较小,则在第一包壳峰值温度出现时,即已经将大部分贮热传给包壳,形成较高的第一峰值温度,而第二峰值温度较低。反之,如果气隙热阻很大,则会形成较高的第二峰值温度。

(2)骤冷过程

在包壳温度很高时,水在接触壁面之前即已汽化,并形成强烈的液滴飞溅。这种过程可以对包壳起降温作用,只有温度降到一定程度时,液体才能浸润包壳表面,形成稳定的核态沸腾或单相水对流换热。由于浸润后传热系数大大增加,致使壁温突然降低,这就是骤冷过程。当整个堆芯都被骤冷,且水位最终达到顶端时,即认为再淹没阶段结束。结束的时间在事故瞬态开始后1~2 min。(www.daowen.com)

(3)蒸汽的气塞作用

在再灌水和再淹没期间,从堆芯出来的蒸汽在流向破口时受到阻力,从而使上腔室形成一个背压。在气流经过蒸汽发生器时,由于二次侧的温度还相当高,会使蒸汽中夹带的液滴蒸发或过热流速增加,从而会使流动阻力进一步增加。上腔室存在的气压好像是一个气塞,抵消应急冷却水注入堆芯的驱动压头,降低再淹没的速度。

(4)锆水反应

由于在1 000℃以上时锆水反应变得相当剧烈,会使包壳严重氧化。包壳的氧化会导致包壳的脆化。在随后燃料包壳被骤冷时产生很大的热应力,会使脆化的包壳碎裂。燃料包壳的碎片和散落的燃料芯块可能会使流道堵塞。

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