超設計基準事故下堆芯再淹沒調研報告

楊寒

【摘 要】堆芯再淹沒是超設計基準事故下處理控制堆芯失效的重要手段。堆芯再淹沒過程中，主要考慮三個方面的物理化學現象——換熱、包殼的力學表現、鋯的氧化。

【關鍵詞】超設計基準；堆芯再淹沒；高溫

0 引言

超設計基準事故下堆芯再淹沒的傳熱機理

總體上，描述堆芯再淹沒淬冷的傳熱有兩個方面：（1）固體燃料棒內部的導熱以及（2）燃料棒和周圍兩相流的對流換熱問題。而第二個方面更為重要。

在堆芯再淹沒的過程中，燃料棒會經過不同的冷卻工況，其流動沸騰的流型和傳熱工況不同。雖然燃料棒的溫度很高，熱流密度大，但同樣可以發生泡核沸騰。由于產生的汽泡數量很大，進而在包殼外表面附近形成蒸汽片或蒸汽柱。當汽泡產生的頻率高到在汽泡脫離壁面之前就形成了蒸汽膜覆蓋在壁面上，使液體不能接觸壁面，出現反環狀流，相應的傳熱工況為模態沸騰。膜態沸騰之后，上部的燃料棒包殼會被夾雜著液滴的蒸汽流冷卻，最頂部的燃料棒則會被蒸汽冷卻。

燃料棒的指定位置則會隨時間先后經歷以下的傳熱工況：當再淹沒開始后，燃料棒包殼先會被上游沸騰產生的蒸汽所冷卻，該過程幾乎和再淹沒啟動同步，隨著時間的推移會被夾雜液滴的蒸汽流（滴狀流）冷卻，當淬冷發生時，會由反環狀膜態沸騰過渡為泡核沸騰，最后被逐漸冷卻到該壓力下的飽和溫度。

1 燃料棒包殼的物理化學表現

1000℃左右時，包殼開始受熱腫脹；……