ИСТИНА

Проблемы взаимодействия горячей и холодной жидкостей с существенно различными теплофизическими свойствами возникают в атомной энергетике при рассмотрении тяжелых аварий, связанных с попаданием расплава активной зоны (кориума), имеющего температуру порядка 3000~К, в воду. Известно, что при таком взаимодействии возможны взрывные режимы вскипания, приводящие к возникновению разрушительных волн давления. В недавних экспериментах (Kudinov, 2017) было установлено, что высокоэнергетическое взаимодействие расплава с водой возможно не только в классическом случае, когда струя расплава поступает в глубокий объем воды, фрагментируясь в нем с образованием капель, но и в стратифицированной конфигурации, когда расплав растекается по дну бассейна. Инициирование взрыва происходит вследствие коллапса паровой пленки, приводящего к прямому контакту расплава с водой. В работе рассматривается модель трехфазной среды (вода, пар и горячие частицы). Вода и горячие частицы считаются несжимаемыми, сжимаемость среды вызвана сжимаемостью пара в паровых пузырях, скорости воды и пара считаются одинаковыми. Решена задача о распространении волны давления, вызывающей взаимное движение парогазовой среды и горячих капель расплава, обладающих высокой инерционностью. В качестве механизмов, интенсифицирующего теплообмен за фронтом волны давления рассмотрен коллапс паровой пленки, а также фрагментация капель расплава, увеличивающая удельную площадь поверхности теплообмена, однако снижающая время скоростной релаксации частиц. Данная модель является упрощенной по сравнению с полной трехфазной трехскоростной моделью механики многофазных сред, позволяя провести анализ относительной роли различных факторов в переходе от медленного вскипания ("термическая дефлаграция") к взрывным режимам. Модель реализована численно в одномерной постановке. Проведены расчеты для равномерного начального распределения капель расплава по пространству в области предварительного перемешивания, получены профили давления и объемных долей фаз, продемонстрирован переход к взрывному вскипанию жидкости.