Hipotetična težka nesreča v jedrski elektrarni lahko vodi do poškodb sredice, vključno s taljenjem sredice. Če staljena reaktorska sredica pride v stik z vodo lahko pride do parne eksplozije. V reaktorskih varnostnih analizah se parne eksplozije večinoma analizira v geometriji izliva curka taline v bazen hladila. V razslojenih razmerah, ki so bile deležne manj pozornosti, pa leži plast taline pod plastjo hladila. Za razslojene razmere taline in hladila se je predpostavljalo, da ne morejo privesti do močnih interakcij med talino in hladilom. Ta hipoteza je bila osnovana na teoretičnih in eksperimentalnih študijah, kjer niso opazili površinskih nestabilnosti in posledično eksplozivne mešanice taline in hladila.
V pred kratkim opravljenih eksperimentih interakcije taline s hladilom v razslojenih razmerah na eksperimentalnih napravah SES in PULiMS (KTH, Švedska) je bil jasno opažen nastanek mešalne plasti kapljic taline v vodi, kateremu je sledila močna spontana parna eksplozija.
Namen našega raziskovalnega dela je doprinos k znanju, razumevanju in modeliranju interakcije taline s hladilom v razslojenih razmerah.
Najprej je predstavljen pojav parne eksplozije. Opravljen je pregled eksperimentalnega dela. Predstavljena sta pred eksperimenta PULiMS in SES (KTH, Švedska) ter nekateri ostali eksperimenti, povezani s parnimi eksplozijami in mešalno plastjo v razslojenih razmerah. Opravljen je pregled modeliranja mešanja pri parnih eksplozijah v razslojenih razmerah. Obravnavani so možni mehanizmi za nastanek mešalne plasti in ocenjeni glede na njihovo relevantnost za posamezne eksperimente. Na podlagi opazovanj in nekaterih razpoložljivih mehanizmov iz literature so predstavljeni modeli za nastanek mešalne plasti. Zaradi negotovosti in pomanjkanja podrobnih informacij pri modeliranju uporabimo dva različna pristopa. Oba pristopa slonita na mehanizmu kolapsa mehurčkov, kjer nastanejo mikrocurki hladila. Prvi pristop k modeliranju predpostavlja izmet kapljic taline zaradi vdora mikrocurkov hladila v talino ter njihovega uparjanja, drug pristop k modeliranju pa izmet kapljic taline zaradi tlačne motnje ob udarcu mikrocurka hladila ob talino. Oba modela ter rezultati eksperimentov so obravnavani in združeni v tretji model, ki najbolje opisuje obravnavane pojave. Razviti model je vključen v računalniški program MC3D (IRSN, Francija) in validiran na eksperimentalnih rezultatih. Za vključitev predlaganega modela v računalniški program Eulerjeve narave za interakcijo taline s hladilom se vpelje dvogrupni pristop za popis kapljic taline. Pravilno obnašanje modela je verificirano z numeričnimi in fizikalnimi testi.
Vključitev modela v računalniški program za interakcijo taline s hladilom nam omogoča simulacijo opažene interakcije taline s hladilom v razslojenih razmerah. Predstavljena analiza pokaže zmožnost modela za popis nastanka mešalne plasti v kvalitativnem ujemanju z razpoložljivimi rezultati eksperimentov. Posredna primerjava simulirane mešalne plasti v eksperimentalnih testih SES S1 in PULiMS E6 preko moči parne eksplozije pa nakaže podcenitev moči eksplozije v simulacijah. Razprava zajema opažene razlike in osvetli nekatere možne dodatne prispevke, kot sta prispevka zaradi razpada curka taline in mešanje med samo eksplozijo.
|