Investigation of a Thermal Detonation Wave in a Mixture of  Water Drops with Molted Lead

V. I. Melikhov; Мелихов В. И.; O. I. Melikhov; Мелихов О. И.; Saleh Bashar; Башар Салех

doi:10.31857/S0032823523030098

Исследование волны термической детонации в смеси капель воды с расплавленным свинцом

Авторы: Мелихов В.И.¹, Мелихов О.И.¹, Башар С.¹
Учреждения:
1. НИУ “МЭИ”
Выпуск: Том 87, № 3 (2023)
Страницы: 475-488
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0032-8235/article/view/138873
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032823523030098
EDN: https://elibrary.ru/ZTPPDG
ID: 138873

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Исследованы закономерности волны термического взаимодействия капель воды, находящихся в высокотемпературном расплаве свинца, или волны термической детонации. Вследствие вскипания воды на поверхности свинца обе жидкости (фазы) разделены паровой пленкой. Используется одномерная модель взаимодействующих и взаимопроникающих континуумов, которая описывает динамику каждой жидкости введением специального поля, характеризующегося своими скоростью, температурой и объемной долей. Скорость волны определяется равенством скоростей и температур фаз в плоскости Чепмена–Жуге. Параметры на скачке давления вычисляются из условий на разрыве и являются граничными условиями для интегрирования уравнений сохранения в зоне взаимодействия капель воды с расплавом. Получающаяся структура волны термической детонации характеризуется тем, что максимальное давление находится на некотором удалении от ударной волны.

Ключевые слова

многофазная среда, термическая детонация, многожидкостная модель, термическое взаимодействие, фрагментация капель, межфазное трение

Список литературы

Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. М.: Гостехиздат, 1955. 268 с.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие. В 10 тт. Т. VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
Крайко А.Н. Неустойчивость стационарных течений в каналах переменной площади поперечного сечения с детонационной волной Чемпена–Жуге // ПММ. 2019. Т. 83. № 3. С. 354–369.
Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И., Попов В.В. Переход конвективного горения аэровзвесей унитарного топлива в детонацию // Физика горения и взрыва. 1980. № 5. С. 102–106.
Нигматулин Р.И., Вайнштейн П.Б., Ахатов И.Ш. Структура стационарных детонационных волн в смесях газа с частицами унитарного топлива // в сб.: Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация. Черноголовка: Ин-т хим. физ. АН СССР, 1980. 128 с. С. 96–99.
Ахатов И.Ш., Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И. Структура детонационных волн в газовзвесях унитарного топлива // Изв. АН СССР. МЖГ. 1981. № 5. С. 47–53.
Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. I. М.: Наука, 1987. 464 с.
Board S.J., Hall R.W., Hall R.S. Detonation of a fuel coolant explosion // Nature. 1975. V. 254. P. 319–321.
Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Гидродинамика и теплофизика паровых взрывов. М.: ИПМех РАН, 2020. 276 с.
Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Термическое взаимодействие высокотемпературных расплавов с жидкостями // ТВТ. 2022. Т. 60. № 2. С. 280–318.
Sharon A., Bankoff S.G. On the existence of steady supercritical plane thermal detonations // Int. J. Heat Mass Trans. 1981. V. 24. P. 1561–1572.
Frost D.L., Lee J.H.S., Ciccarelli G. The use of Hugoniot analysis for the propagation of vapor explosion waves // Shock Waves. 1991. V. 1. P. 99–110.
Iskhakov A.S., Melikhov V.I., Melikhov O.I., Yakush S.E., Le Tran Chung. Hugoniot analysis of experimental data on steam explosion in stratified melt-coolant configuration // Nucl. Engng.&Design. 2019. V. 347. P. 151–157.
Dinh T.N. Multiphase flow phenomena of steam generator tube rupture in a lead-cooled reactor system: a scoping analysis // Proc. ICAPP 2007. Paper No. 7497. May 13–18, 2007. Nice, France.
Iskhakov A.S., Melikhov V.I., Melikhov O.I. Hugoniot analysis of energetic molten lead water interaction // Annals of Nucl. Energy. 2019. V. 129. P. 437–449.
Sobolev V. Database of thermophysical properties of liquid metal coolants for GEN-IV. Sodium, lead, lead-bismuth eutectic (and bismuth) // in: Belgian Nuclear Res. Centre. Sci. Rep. SCK CEN-BLG-1069. Boeretang, Belgium. 2010. P. 175.
IAPWS (The Int. Assoc. for the Properties of Water&Steam). http://www.iapws.org
Pilch M., Erdman C.A. Use of breakup time data and velocity history data to predict the maximum size of stable fragments for acceleration-induced breakup of a liquid drop // Int. J. Multiphase Flow. 1987. V. 13. P. 741–757.
Meignen R., Picchi S., Lamome J. et al. The challenge of modeling fuel-coolant interaction: Pt. I – Premixing // Nucl. Engng.&Design. 2014. V. 280. P. 511–527.
Fletcher D.F., Anderson R.P. A review of pressure-induced propagation models of the vapour explosion process // Prog. Nucl. Energy. 1990. V. 23. P. 137–179.
Fletcher D.F. An improved mathematical model of melt/water detonations – I. Model formulation and example results // Int. J. Heat Mass Transfer. 1991. V. 34. № 10. P. 2435–2448.
Безносов А.В., Пинаев С.С., Давыдов Д.В. и др. Экспериментальные исследования характеристик контактного теплообмена свинцовый теплоноситель–рабочее тело // Атомная энергия. 2005. Т. 98 (3). С. 182–187.
Carachalios C., Burger M., Unger H. A transient two-phase model to describe thermal detonations based on hydrodynamic fragmentation // in: Proc. Int. Meeting on LWR Severe Accident Evaluation, Cambridge, Massachusetts, 28 Aug.–1 Sep. 1983.
Ishii M., Hibiki T. Thermo-Fluid Dynamics of Two-Phase Flow. New York: Springer, 2011. 518 p.
Kolev N.I. Multiphase Flow Dynamics. V. 1. Fundamentals. New York: Springer, 2015. 840 p.