【摘 要】
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钠冷快堆是第四代反应堆中较为现实的一种新堆型。液态钠由于其优良的热工水力特性常作为钠冷快堆冷却剂,但其化学性质活泼,与空气和水的反应能力很强,高温的液态钠泄漏后可
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钠冷快堆是第四代反应堆中较为现实的一种新堆型。液态钠由于其优良的热工水力特性常作为钠冷快堆冷却剂,但其化学性质活泼,与空气和水的反应能力很强,高温的液态钠泄漏后可能会造成严重的火灾事故。目前的钠火事故中,几乎都涉及到钠滴燃烧。本文针对不同初始温度(200℃~400℃)、通入不同氧浓度(4%~21%)气体的单一钠滴的燃烧特性和距离钠滴中心不同距离(10mm,20mm和40mm)处,不同角度(0°,15°和30°)方向上的空间温度分布规律进行了研究,并通过高速摄像机使燃烧行为可视化。根据实验结果分析,钠滴燃烧过程可以分为三个阶段:表面氧化阶段、预燃阶段和燃烧阶段。不同初始温度和不同氧浓度会改变每个阶段的燃烧特性。不同阶段的钠滴适用不同的燃烧模型。实验结果和仿真计算结果都表明钠滴燃烧速率受通入气体氧浓度的影响较大,钠滴燃烧速率随着环境气体氧浓度的增加而增加。通入环境气体温度的高低不会改变钠滴燃烧过程的三个阶段,但会影响每个阶段的燃烧特性。当环境气体温度较低时(80℃),钠滴表面形成的柱状氧化物相对明显,钠滴温度开始变化比较平缓,开始燃烧后温度陡升,燃烧的持续时间较长。受到低温度环境气体的影响,钠滴燃烧过程中空间温度变化较小,空间温度分布也比较均匀。当环境气体温度较高时(180℃),钠滴表面的氧化物并不明显,温度逐渐上升达到燃点后开始燃烧,但燃烧持续时间比较短,不同角度和距离处的空间温度变化较大。充分燃烧的钠滴燃烧达到的最高温度在560℃~1000℃之间。通入环境气体,钠滴温度达到一个特征温度后,空间温度才会开始变化。距离钠滴越远,受到钠滴辐射传热的影响越小,空间温度也会越小,不同角度的空间温度基本服从指数规律下降,距离钠滴10mm内空间温度变化十分剧烈;距离钠滴10mm-20mm范围内空间温度变化相对平缓;距离钠滴20mm以外不同角度的空间温度基本稳定。这些研究能为各种形式钠火事故的安全评价和防护措施的研究提供技术支持。
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