钠火事故钠滴燃烧仿真研究

发布时间：2022-07-03 17:55

　　第四代反应堆在经济性、铀资源利用率上相对前几代反应堆有很大的提高,其中钠冷快堆是第四代反应堆的典型代表。然而钠冷快堆中钠泄漏和燃烧引起的钠火事故严重影响反应堆安全,而钠滴燃烧是研究钠火事故的基础,因此本研究主要对钠火事故中钠滴燃烧进行仿真研究。本研究以钠滴预燃模型、气相区燃烧模型及其他成熟的理论模型为基础建立钠滴燃烧仿真模型,同时借鉴其他金属和非金属液滴燃烧仿真经验,选择FLUENT软件进行模拟仿真,以钠滴燃烧实验为基础,验证仿真模型的有效性,对钠滴燃烧有较高的计算精度,计算值与实验值相对误差为7-10%;最后基于该仿真模型对钠滴燃烧特性进行分析,包括释热率、反应组分质量分数等,并研究钠滴初始温度、直径、氧浓度和对流强度对钠滴燃烧的影响。根据仿真结果,钠-氧反应在钠滴附近发生,在该位置产生了较高的释热率,初始温度523K、氧浓度12%时最大释热率为4.98W。由于反应的发生和氧化剂的进入,使得钠蒸气不能扩散到离钠滴较远的位置;当钠滴燃烧时,最高温度为火焰锋面温度;由于初始阶段钠蒸发率较小,环境中氧气质量分数较低,化学反应较弱,随着时间增加,钠-氧反应变得剧烈,使反应热和反应产物质量分数... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外钠滴燃烧研究现状
        1.2.1 钠滴燃烧实验研究
        1.2.2 钠滴燃烧仿真研究
    1.3 国内外其他类型液滴燃烧研究
    1.4 主要研究内容和研究方法
第2章 钠滴燃烧仿真模型
    2.1 钠滴燃烧几何模型
    2.2 钠滴燃烧模型
        2.2.1 钠滴预燃阶段
        2.2.2 钠滴燃烧阶段
    2.3 气相区传热模型
        2.3.1 预燃阶段传热模型
        2.3.2 燃烧阶段传热模型
    2.4 钠滴内部简化
    2.5 对流条件下钠滴燃烧
    2.6 物性参数的计算与选取
    2.7 本章小结
第3章 仿真模型CFD求解
    3.1 CFD软件概述
    3.2 初始条件和边界条件
    3.3 几何条件及网格划分
        3.3.1 几何建模
        3.3.2 网格划分
    3.4 FLUENT仿真模型
        3.4.1 气相控制方程
        3.4.2 湍流模型
        3.4.3 组分输运和反应流模型
    3.5 控制方程的离散
        3.5.1 钠滴燃烧控制方程的离散
        3.5.2 气相控制方程的离散
    3.6 控制方程求解
    3.7 网格和时间步长的无关性检验
    3.8 本章小结
第4章 仿真结果验证及分析
    4.1 仿真结果验证
        4.1.1 钠滴燃烧实验测温系统介绍
        4.1.2 对比验证
    4.2 钠滴燃烧特性分析
    4.3 不同因素对钠滴燃烧的影响
        4.3.1 初始温度的影响
        4.3.2 氧气浓度的影响
        4.3.3 钠滴直径的影响
        4.3.4 对流强度的影响
    4.4 本章小结
第5章 雾化场中钠滴特性分析
    5.1 钠滴雾化特性
    5.2 基于FLUENT的求解过程
        5.2.1 几何条件及网格划分
        5.2.2 FLUENT模型的选择
    5.3 计算结果与分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3655371