熔融鉛錫合金與冷卻劑相互作用熱細粒化研究

李 閣 佟立麗

（上海交通大學機械與動力工程學院 上海 200240）

在反應堆嚴重事故中，熔融物與冷卻劑相互作用可以分為4個階段［1］：初混合、觸發、增殖傳播和膨脹。其中，增殖膨脹過程中的細粒化過程是決定傳熱效率、影響蒸汽爆炸強度及最終的熱能-機械能轉換比的重要因素，對反應堆安全尤為重要。

國際上為研究冷卻劑相互作用（Fuel CoolantⅠnteraction，FCⅠ）細粒化過程進行了大量實驗，包括大規模原型實驗和小規模機理性實驗。歐盟委員會聯合研究中心、韓國原子能源研究院、法國原子能委員會進行的原型實驗［2-4］發現熔融物與FCⅠ過程受熔融物質量、溫度等影響。Peng等［5］建立了中等規模 FCⅠ實驗裝置（Ⅰntermediate-scaled Fuel CoolantⅠnteraction Facility，ⅠSFCⅠ），定性分析了熔融物質量、性質和過熱度對熱相互作用的影響；Ciccarelli等［6］借助脈沖X射線和高速攝像等技術，對熔融金屬液滴在水中發生蒸汽爆炸時的細粒化過程進行了研究，探究冷卻劑流速、熔融物溫度對細粒化機理的影響；Li等［7］建立了低溫熔融物與水反應的可視化實驗裝置，對蒸汽爆炸的機理進行了研究，實驗結果發現：熔融物溫度對蒸汽爆炸有重要影響，冷卻劑溫度的升高會降低蒸汽爆炸的壓力；英國原子能管理局的Dullforce等［8］進行了300多個小規模的錫-水單液滴實驗以研究熱的液態金屬和水相互作用，提出了溫度相互作用區（Temperature Ⅰnteraction Zone，TⅠZ）的概念，該相互作用區域邊界取決于熔融物材料、熔融物質量及蒸汽膜坍陷時間，在此區域之外，沒有外部觸發就不會發生相互作用。上述國內外相關實驗證實，可以采用鉛錫合金作為熔融物材料進行FCⅠ研究，且熔融物溫度、熔融物質量、冷卻劑溫度等對FCⅠ過程和機理有較大影響。……