Физическое моделирование стадий самопроизвольного триггеринга и тонкой фрагментации расплава при паровом взрыве

Паровой взрыв – опасное явление, возникающее при контакте сильно нагретого расплава с низкокипящей жидкостью, в основном с недогретой до температуры насыщения водой, которое может наблюдаться в атомной энергетике при попадании кориума (расплава активной зоны) в воду при тяжелой аварии на АЭС, в металлургической и целлюлозной отраслях промышленности, при технологических операциях и транспортировке сжиженного газа. Интенсивное образование больших объемов пара и резкий рост давления в пространстве ограниченных размеров, вследствие взрывного вскипания холодной жидкости, может привести к разрушительным последствиям. Несмотря на большое количество проведенных экспериментальных и расчетных исследований, феноменологическое описание процесса парового взрыва остается неполным. Особенно много недостаточно исследованных вопросов приходится на начальные стадии парового взрыва – его инициирования (триггеринга), передачи возникшего импульса «по цепочке» на другие капли и тонкой фрагментации капель горячего расплава. В настоящем проекте предполагается исследование быстропротекающих процессов, происходящих при взаимодействии одиночных капель расплавленного вещества, а также модельных нагретых твердых сфер с водой. Будет применяться оригинальная экспериментальная методика с акцентом на высокоскоростную видеосъемку (с частотой кадров до 180 кГц и временем экспозиции до 1 мкс), синхронизированную с измерением изменения давления в системе и инструментальными данными по возникновению прямого электрического контакта жидкости со сферой. В результате планируется получить более детальную информацию о наименее изученных стадиях процесса парового взрыва (самопроизвольном триггеринге и тонкой фрагментации капель расплава). Новые экспериментальные данные, полученные с помощью современного оборудования в результате реализации настоящего проекта, позволят продвинуться в научном понимании процессов, сопровождающих паровой взрыв: - локального теплогидравлического взаимодействия в системе «горячий расплав – паровая пленка – холодная жидкость»; - влияния импульса давления, возникшего вследствие самопроизвольного триггеринга на одной из расплавленных капель, на распространение процесса на соседние капли; - эволюцию паровой пленки на нагретой поверхности; - контакт горячей поверхности и холодной жидкости; - дисперсизацию структуры конечных фрагментов (дебрисов) после взрыва.