CABSA程序的力平衡模型氣溶膠再懸浮模塊開發

孫雪霆，季松濤，陳林林，史曉磊，肖增光，魏嚴凇

(中國原子能科學研究院，反應堆工程技術研究部，北京 102413)

核電廠在嚴重事故情況下，裂變產物以氣溶膠形式釋放并附著在固體表面。事故晚期，氫燃或氫爆等作用產生的氣流會使沉積的氣溶膠發生再懸浮而重返氣空間。再懸浮作用能夠影響核電廠嚴重事故晚期的放射性源項，從而決定了能釋放到環境的放射性量。再懸浮的分析模型可分為兩類[1]：(1)準穩態模型，顆粒受到的氣動力大于附著力時即會發生再懸浮，懸浮率由湍流爆發超過顆粒去除閾值的頻率決定；(2)動態模型，顆粒獲得足夠的振動能量而脫離吸附勢阱，包括RRH模型、VZFG模型和Rock’n’Roll模型。在中國原子能科學研究院開發的核電廠嚴重事故下氣溶膠行為分析程序CABSA的再懸浮模塊中，使用了準穩態模型中的力平衡模型[2,3]。

1 CABSA程序中的力平衡模型

氣溶膠的力平衡模型基于作用在氣溶膠顆粒上的氣動力和附著力，如圖1所示。附著在固體表面的氣溶膠顆粒在流體的作用下，同時受到氣動力Faero和附著力Fadh，當氣動力Faero大于附著力Fadh時會使氣溶膠顆粒懸浮。由于力平衡模型考慮的是小顆粒，重力Fg與顆粒直徑dp的三次方成正比，附著力Fadh與顆粒直徑dp成線性關系，而顆粒直徑在微米數量級，附著力Fadh比重力Fg大多個數量級，故該模型中忽略了重力作用。氣動力分為與固體表面垂直方向的提升力Flift和與氣流平行方向的拖曳力Fdrag。在CABSA程序的基本再懸浮力平衡模型中，只考慮與固體表面垂直方向的力平衡作用，即提升力Flift與附著力Fadh。……