李 閣 佟立麗

（上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 上海 200240）

在反應(yīng)堆嚴(yán)重事故中，熔融物與冷卻劑相互作用可以分為4個(gè)階段［1］：初混合、觸發(fā)、增殖傳播和膨脹。其中，增殖膨脹過(guò)程中的細(xì)?；^(guò)程是決定傳熱效率、影響蒸汽爆炸強(qiáng)度及最終的熱能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換比的重要因素，對(duì)反應(yīng)堆安全尤為重要。

國(guó)際上為研究冷卻劑相互作用（Fuel CoolantⅠnteraction，F(xiàn)CⅠ）細(xì)?；^(guò)程進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，包括大規(guī)模原型實(shí)驗(yàn)和小規(guī)模機(jī)理性實(shí)驗(yàn)。歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心、韓國(guó)原子能源研究院、法國(guó)原子能委員會(huì)進(jìn)行的原型實(shí)驗(yàn)［2-4］發(fā)現(xiàn)熔融物與FCⅠ過(guò)程受熔融物質(zhì)量、溫度等影響。Peng等［5］建立了中等規(guī)模 FCⅠ實(shí)驗(yàn)裝置（Ⅰntermediate-scaled Fuel CoolantⅠnteraction Facility，ⅠSFCⅠ），定性分析了熔融物質(zhì)量、性質(zhì)和過(guò)熱度對(duì)熱相互作用的影響；Ciccarelli等［6］借助脈沖X射線和高速攝像等技術(shù)，對(duì)熔融金屬液滴在水中發(fā)生蒸汽爆炸時(shí)的細(xì)粒化過(guò)程進(jìn)行了研究，探究冷卻劑流速、熔融物溫度對(duì)細(xì)?；瘷C(jī)理的影響；Li等［7］建立了低溫熔融物與水反應(yīng)的可視化實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)蒸汽爆炸的機(jī)理進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：熔融物溫度對(duì)蒸汽爆炸有重要影響，冷卻劑溫度的升高會(huì)降低蒸汽爆炸的壓力；英國(guó)原子能管理局的Dullforce等［8］進(jìn)行了300多個(gè)小規(guī)模的錫-水單液滴實(shí)驗(yàn)以研究熱的液態(tài)金屬和水相互作用，提出了溫度相互作用區(qū)（Temperature Ⅰnteraction Zone，TⅠZ）的概念，該相互作用區(qū)域邊界取決于熔融物材料、熔融物質(zhì)量及蒸汽膜坍陷時(shí)間，在此區(qū)域之外，沒(méi)有外部觸發(fā)就不會(huì)發(fā)生相互作用。上述國(guó)內(nèi)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，可以采用鉛錫合金作為熔融物材料進(jìn)行FCⅠ研究，且熔融物溫度、熔融物質(zhì)量、冷卻劑溫度等對(duì)FCⅠ過(guò)程和機(jī)理有較大影響。

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）/核能署（The Nuclear Energy Agency，NEA）組織開(kāi)展的SERENA（Steam Explosion Resolution for Nuclear Applications）計(jì)劃［9］提供了FARO、KROTO和TROⅠ的部分實(shí)驗(yàn)用于FCⅠ預(yù)混階段和爆炸階段的程序驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：計(jì)算得到的壓力容器內(nèi)蒸汽爆炸壓力載荷遠(yuǎn)小于壓力容器承受能力，而壓力容器外蒸汽爆炸壓力載荷超過(guò)了典型反應(yīng)堆堆腔承載能力，且不同程序之間的計(jì)算結(jié)果相差很大。計(jì)算結(jié)果的不確定性一方面由于預(yù)混合過(guò)程中流體行為的不確定性，另一方面由于對(duì)細(xì)?；J(rèn)識(shí)的不足。由于FCⅠ過(guò)程中熱細(xì)?；^(guò)程作用時(shí)間很短，且有復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)耦合，目前為止其作用機(jī)理仍未解明，對(duì)反應(yīng)堆造成的安全問(wèn)題也未得到解決，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

本文對(duì)熔融鉛錫合金和FCⅠ實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了介紹，根據(jù)影響熱細(xì)粒化過(guò)程的關(guān)鍵因素?cái)M定了實(shí)驗(yàn)工況，實(shí)驗(yàn)選取鉛錫合金作為熔融物材料，通過(guò)可視化手段觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。在此基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物形貌、相互作用過(guò)程狀態(tài)及熔融金屬周?chē)鷼怏w分布三個(gè)方面分別就熔融物溫度、質(zhì)量以及冷卻劑溫度對(duì)熱相互作用的影響進(jìn)行分析，其結(jié)果可為相關(guān)程序及模型開(kāi)發(fā)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步研究熱細(xì)?；瘷C(jī)理奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

熔融物與FCⅠ熱細(xì)?；芯康膶?shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。其中，高溫爐能夠?qū)饘龠M(jìn)行加熱熔化并對(duì)溫度進(jìn)行精確控制。不銹鋼坩堝和調(diào)節(jié)桿主要對(duì)參與相互作用的熔融金屬量進(jìn)行控制，熔融物與冷卻劑相互作用區(qū)域位于釋放裝置下方的可視化反應(yīng)箱內(nèi)，內(nèi)箱尺寸為500 mm×400 mm×700 mm（長(zhǎng)、寬、高），通過(guò)高速攝像系統(tǒng)能夠?qū)Ψ磻?yīng)過(guò)程進(jìn)行圖像采集，反應(yīng)箱底部設(shè)有電加熱器，用于控制冷卻劑溫度，相關(guān)溫度、壓力等參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成匯總。

通過(guò)該套實(shí)驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量、不同初始溫度的熔融物與不同溫度的冷卻劑在可視化反應(yīng)箱中進(jìn)行相互作用的研究。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以有效調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，以研究不同實(shí)驗(yàn)工況下的熱相互作用，實(shí)現(xiàn)作用過(guò)程的實(shí)時(shí)觀察、測(cè)量、記錄，對(duì)探究熱細(xì)?；l(fā)生過(guò)程、涉及到的復(fù)雜傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象、熱細(xì)?；l(fā)生機(jī)理及影響因素等問(wèn)題具有重要幫助。

圖1 熔融物與冷卻劑相互作用裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of fuel coolant interaction test facility

2 實(shí)驗(yàn)工況

熔融物材料物性、初始溫度及冷卻劑溫度均為影響熔融物熱細(xì)?；闹匾蛩?。對(duì)于幾十克量級(jí)的熔融物與冷卻劑的相互作用實(shí)驗(yàn)，除需考慮上述影響因素外，還應(yīng)考慮參與反應(yīng)的熔融物質(zhì)量對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響。通過(guò)改變單一變量的方式，對(duì)影響熱細(xì)粒化的影響因素進(jìn)行分析，擬定實(shí)驗(yàn)工況，如表1所示。

表1 熔融鉛錫合金與冷卻劑相互作用實(shí)驗(yàn)工況Table 1 Test condition of interaction of melton Pb-Sn alloy and coolant experiment

3 結(jié)果分析

當(dāng)熔融物與冷卻劑接觸時(shí)，巨大的溫差將引起冷卻劑劇烈汽化，在一定條件下熔融物團(tuán)塊將細(xì)?；煞勰铑w粒，使接觸傳熱面積驟然增大，該過(guò)程在系統(tǒng)中迅速傳播，引起蒸汽爆炸［10］。因此，相互作用強(qiáng)度可以用碎片尺寸分布、相互作用區(qū)域面積、蒸汽爆炸強(qiáng)度來(lái)度量。本文中，粉末狀產(chǎn)物占比越大，相互作用區(qū)域橫截面積越大，相互作用強(qiáng)度越大。

對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行歸類分析，將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物分為片狀、毛刺狀、多孔海綿狀、粉末狀等。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物由滴狀到粉末狀的過(guò)程中，表面積逐步增加，細(xì)粒化程度也隨之增加。其中，片狀產(chǎn)物為未發(fā)生細(xì)粒化的產(chǎn)物，毛刺狀產(chǎn)物為發(fā)生了部分細(xì)?；漠a(chǎn)物，多孔海綿狀和粉末狀產(chǎn)物則為劇烈細(xì)?；漠a(chǎn)物。

由于熱相互作用過(guò)程迅速，首先需將實(shí)驗(yàn)記錄視頻進(jìn)行分幀處理，形成一系列圖片。然后將彩色圖片進(jìn)行去色處理，在經(jīng)過(guò)去除背景的處理后，可以得到一個(gè)接近于二進(jìn)制圖像的灰度圖，將它的灰度整體以相同倍數(shù)變深，顯示出色差，再使用MATLAB中的im2bw函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制圖像，得到落入水中的液態(tài)熔融物形狀。在得到二進(jìn)制圖像后，同時(shí)在處理成黑白的熱相互作用瞬態(tài)過(guò)程的原圖上描出它的輪廓來(lái)觀察氣液界面及氣泡數(shù)量。通過(guò)計(jì)算熔融物所占像素點(diǎn)的面積來(lái)計(jì)算得出熔融物的截面積，并針對(duì)不同影響因素下的熔融物落入水中起的截面積隨時(shí)間變化圖像輔助分析各影響因素的作用規(guī)律。

3.1 熔融物初始溫度的影響

從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物方面進(jìn)行分析，當(dāng)熔融物初始溫度400℃時(shí)（工況1），實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物大部分為較大塊毛刺狀碎片，存在少許粉末狀碎片。從碎片樣本形貌來(lái)看，產(chǎn)物邊緣呈現(xiàn)多處毛刺狀，表面不完整且不平整，出現(xiàn)很多坑洞顆粒狀產(chǎn)物。該產(chǎn)物外形表明：鉛錫合金在該條件下已經(jīng)開(kāi)始初混合過(guò)程并發(fā)生了較低程度的熱細(xì)?；^(guò)程。當(dāng)熔融物初始溫度上升至500℃時(shí)（工況2），實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物形貌多為毛刺狀，夾雜部分多孔海綿絮狀產(chǎn)物，同時(shí)產(chǎn)物相較前面的工況變得更加細(xì)碎，已經(jīng)基本不存在整體塊狀的產(chǎn)物，粉末狀碎片占比約為30%。產(chǎn)物形狀不規(guī)則不連貫，內(nèi)部有較大空洞，有多層次細(xì)碎顆粒堆疊于邊緣。說(shuō)明該條件下鉛錫合金細(xì)?；潭容^高。當(dāng)熔融物溫度進(jìn)一步上升至600℃（工況3）后，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物形貌為毛刺狀，夾雜部分多孔海綿狀產(chǎn)物，然而總產(chǎn)物中再次出現(xiàn)了體積較大的產(chǎn)物，粉末狀碎片占比約為20%。形狀不規(guī)則不連貫，內(nèi)部有空洞，有多層次細(xì)碎顆粒堆疊于表面。說(shuō)明該工況下鉛錫合金細(xì)粒化程度比工況1高，但比工況2要低。圖2中（a）、（b）、（c）為工況1、2、3的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物形貌。

對(duì)熔融物入水后的瞬態(tài)過(guò)程變化進(jìn)行分析，當(dāng)鉛錫合金初始溫度為400℃時(shí)，其相互作用區(qū)域從熔融物入水開(kāi)始即迅速增加，且保持峰值時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)鉛錫合金初始溫度為500℃時(shí)，熔融物自入水后相互作用區(qū)域橫截面積立即迅速增加，比400℃面積更大，且維持較大橫截面積的時(shí)間較長(zhǎng)，該過(guò)程表明：鉛錫合金在該工況下，入水后一直保持較高的傳熱和細(xì)粒化強(qiáng)度，反應(yīng)劇烈。當(dāng)初始溫度提升至600℃時(shí)，其相互作用的橫截面積同樣出現(xiàn)了在熔融物入水后即迅速增加的現(xiàn)象，同時(shí)出現(xiàn)兩次膨脹的現(xiàn)象。峰值界面較大，但維持峰值面積的周期較短，這反映了鉛錫合金在該工況條件下的熱相互作用過(guò)程依然很強(qiáng)烈，但作用區(qū)域的驟縮也反映了該溫度下熱相互作用可能即將達(dá)到瓶頸，熱細(xì)?；潭入y以進(jìn)一步增強(qiáng)。圖3中（a）、（b）、（c）為不同熔融物初始溫度下熱相互作用區(qū)域橫截面積隨時(shí)間的變化。

圖2 不同工況實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物形貌(a)工況1，(b)工況2，(c)工況3，(d)工況4，(e)工況5，(f)工況6Fig.2 Product morphology of different test conditions(a)Test condition 1,(b)Test condition 2,(c)Test condition 3,(d)Test condition 4,(e)Test condition 5,(f)Test condition 6

橫截面積明顯下降主要是由熔融物觸底引起，工況1約為0.83 s，工況2約為0.78 s，工況3約為0.70 s，當(dāng)冷卻劑溫度不變時(shí)，熔融物的下落速度隨熔融物初始溫度而增大。根據(jù)Cao等［11］的沉降阻力模型和Li等［12］實(shí)驗(yàn)，當(dāng)高溫熔融物進(jìn)入冷卻劑中時(shí)，由于熔融物與周?chē)鋮s劑的溫差較大，導(dǎo)致冷卻劑迅速蒸發(fā)，并在熔融物周?chē)a(chǎn)生大量的蒸汽。隨著水蒸氣在熔融物前部的逐漸積累，蒸汽可能不得不向后逃逸，最后在熔融物后面形成一個(gè)氣囊，由于其膨脹勢(shì)而產(chǎn)生向下的力，推動(dòng)液滴向下移動(dòng)。

圖3 熱相互作用區(qū)域橫截面積隨時(shí)間的變化(a)工況1，(b)工況2，(c)工況3，(d)工況4，(e)工況5，(f)工況6Fig.3 Ⅴariations of cross-sectional area of interaction zone with time(a)Test condition 1,(b)Test condition 2,(c)Test condition 3,(d)Test condition 4,(e)Test condition 5,(f)Test condition 6

對(duì)熔融金屬周?chē)鷼怏w分布進(jìn)行分析，熔融物溫度從400℃升高到500℃的過(guò)程中，熔融物顆粒的分布變廣，顆粒尺寸變小，周?chē)鷼怏w增加；而從500℃升高到600℃的過(guò)程中，分布和顆粒相差不明顯，意味著本系統(tǒng)下，熔融物與冷卻劑相互作用后的膨脹擴(kuò)張達(dá)到了最大狀態(tài)。圖4（a）、（b）、（c）為不同熔融物初始溫度下橫截面積最大時(shí)的氣體分布圖。

根據(jù)Kim等［13］模型，當(dāng)高溫熔融物落入低溫冷卻劑中時(shí)，由于巨大溫差導(dǎo)致的傳熱，使熔融物周?chē)a(chǎn)生一層蒸汽膜，蒸汽膜將熔融物與冷卻劑隔開(kāi)，而在外部觸發(fā)或內(nèi)部觸發(fā)的條件下蒸汽膜可能變得不穩(wěn)定甚至破裂，使熔融物與冷卻劑直接接觸，產(chǎn)生局部壓力脈沖使熔融物發(fā)生細(xì)?；１緦?shí)驗(yàn)條件下，熔融物溫度為500℃左右時(shí)，接近最小膜態(tài)沸騰溫度，蒸汽膜不穩(wěn)定，熔融物與冷卻劑直接接觸，容易發(fā)生細(xì)?；?。溫度高于500℃時(shí)，處于穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰區(qū)域，蒸汽膜較穩(wěn)定，細(xì)?；潭容^低。溫度低于500℃時(shí)，熔融物溫度接近凝固點(diǎn)，熔融物在與冷卻劑接觸時(shí)容易發(fā)生凝固，也不容易發(fā)生細(xì)?；?。

由上述對(duì)工況1、2、3的分析，溫度對(duì)熱細(xì)?；挠绊懞艽?，對(duì)于鉛錫合金，其最適宜發(fā)生強(qiáng)烈的熔融物與冷卻劑的相互作用的熔融物初始溫度條件為500℃，熔融物溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使熱細(xì)?；潭冉档?。

圖4 橫截面積最大時(shí)的氣體分布(a)工況1，(b)工況2，(c)工況3，(d)工況4，(e)工況5，(f)工況6Fig.4 Gas distribution when melt reaches maximum cross-sectional area(a)Test condition 1,(b)Test condition 2,(c)Test condition 3,(d)Test condition 4,(e)Test condition 5,(f)Test condition 6

3.2 熔融物質(zhì)量的影響

當(dāng)熔融物初始質(zhì)量為59.6 g時(shí)（工況4），其實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物體積較大，呈現(xiàn)毛刺狀和多孔海綿狀，粉末狀碎片占比約為5%。產(chǎn)物表面不完整不連貫，形狀不規(guī)則，表面有顆粒狀產(chǎn)物，但是產(chǎn)物分層不多。當(dāng)熔融物初始質(zhì)量達(dá)到約82.7 g時(shí)（工況5），產(chǎn)物體積較大，細(xì)碎產(chǎn)物不多，呈現(xiàn)毛刺狀和多孔海綿狀，粉末狀碎片占比約為3%。產(chǎn)物表面不完整不連貫，但是有些局部特征較規(guī)則。隨著熔融物質(zhì)量增加，粉末狀產(chǎn)物占比減少，細(xì)粒化程度降低。圖2（d）、（e）分別為熔融物質(zhì)量分別為59.6 g和82.7 g時(shí)的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物形貌。

對(duì)熔融物入水后的瞬態(tài)過(guò)程變化進(jìn)行分析，當(dāng)熔融物質(zhì)量為59.6 g時(shí)，在熔融物入水后相互作用區(qū)域橫截面積增加較快，在0.6 s左右開(kāi)始下降。而當(dāng)熔融物質(zhì)量進(jìn)一步增加至82.7 g后，產(chǎn)物截面積隨時(shí)間的變化情況與59.6 g的工況較為相似，熔融物自入水后截面積增加較快，略大于工況4，在0.64 s左右開(kāi)始下降，沉降速度增加是由于產(chǎn)物集中分布、高質(zhì)量熔融物蒸汽膜較厚等因素共同作用，使沉降阻力減小的結(jié)果。對(duì)比分析表明，增加熔融物質(zhì)量，相互作用區(qū)域橫截面積增加不明顯，在本實(shí)驗(yàn)熱工狀態(tài)下，熔融物質(zhì)量可能會(huì)受到熱相互作用的瓶頸限制，無(wú)法進(jìn)一步增大細(xì)粒化率，因此可以判斷熱相互作用強(qiáng)度并未明顯增加。圖3中（d）、（e）為不同熔融物質(zhì)量下熱相互作用區(qū)域橫截面積隨時(shí)間的變化。

圖4中（d）、（e）為不同熔融物質(zhì)量下橫截面積最大時(shí)的氣體分布?？梢悦黠@觀察到就產(chǎn)物尺寸而言，熔融物質(zhì)量分別為59.6 g和82.7 g的工況中，產(chǎn)物明顯形狀較大，且分散性較差。就氣泡分布而言，熔融物質(zhì)量為82.7 g時(shí)最多，這與前面定量和定性分析中均得出的工況5反應(yīng)最為不徹底看似有所不同。

但從另一個(gè)角度，由于質(zhì)量為82.7 g的熔融物體積最大，不但入水前本身表面積最大，同一溫度下其內(nèi)能也最大，所以工況5中熔融物周?chē)h(huán)繞的氣泡最多首先可能是因?yàn)槠鋸目諝庵懈皆诒砻嫔系臍怏w最多，其次，即使該工況細(xì)?；磻?yīng)不夠強(qiáng)烈，其本身高內(nèi)能和大表面積也能在一定程度上造成表面足夠多的水氣化，從而造成氣體的附著。由此，可以判斷大質(zhì)量的熔融物之所以沒(méi)有產(chǎn)生預(yù)期的較強(qiáng)烈的熱相互作用可能是由于較多蒸汽的覆蓋，阻礙了冷卻劑與高溫熔融物的進(jìn)一步反應(yīng)，從而使得細(xì)?；瘦^低。為了使大質(zhì)量的熔融物發(fā)生蒸汽爆炸，破壞其較厚的蒸汽膜是關(guān)鍵。

對(duì)上述工況4、5的分析可知，質(zhì)量對(duì)鉛錫合金熱細(xì)?；幸欢ǖ挠绊憽３跏妓w量一定的情況下，伴隨熔融物質(zhì)量的增加，可能導(dǎo)致熔融物細(xì)?；怀浞?，熔融物表面積擴(kuò)張不全面，進(jìn)而抑制瞬態(tài)傳熱效果。

3.3 冷卻劑溫度的影響

針對(duì)冷卻劑溫度較高的工況6，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物體積較大，沒(méi)有粉刺狀或者多孔狀產(chǎn)物產(chǎn)生，粉末狀產(chǎn)物占比幾乎為零。從碎片樣本形貌來(lái)看，產(chǎn)物表面光潔，形狀規(guī)則，如圖2（f）所示。說(shuō)明該工況條件下，合金材料幾乎還未開(kāi)始熱細(xì)?；^(guò)程。而對(duì)冷卻劑溫度較低的工況1，鉛錫合金在該條件下已經(jīng)開(kāi)始初混合過(guò)程并發(fā)生了較低程度的熱細(xì)?；^(guò)程。

工況6熔融物剛?cè)胨畷r(shí)，截面積較工況1增長(zhǎng)極緩，約0.125 s后截面積開(kāi)始迅速增加，保持較大截面積周期較短。該變化過(guò)程反映了較高冷卻劑溫度工況下熔融物入水后較為緩慢的熱相互作用，幾乎未開(kāi)始熱細(xì)粒化即沉降到容器底部，導(dǎo)致沉降速度更快，橫截面積迅速減小。由此可見(jiàn)，較高冷卻劑溫度將大范圍抑制熱相互作用進(jìn)程。圖3（f）為80℃水溫下鉛錫合金熱相互作用區(qū)域橫截面積隨時(shí)間的變化。

對(duì)比工況1、工況6下熔融物與冷卻劑相互作用致熔融物橫截面積擴(kuò)張至最大時(shí)的產(chǎn)物形狀，冷卻劑溫度較高，由高溫熔融物的少量傳熱就可以導(dǎo)致冷卻劑氣化，進(jìn)而氣泡大量附著在熔融物表面，阻礙熔融物進(jìn)一步發(fā)生細(xì)?；６鋮s劑溫度較低時(shí)，與熔融物之間的溫差大，容易發(fā)生強(qiáng)烈的不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，蒸汽膜發(fā)生破裂，熔融物與冷卻劑直接接觸，局部壓力增大，細(xì)?；觿×摇?/p>

對(duì)比工況1和工況6發(fā)現(xiàn)，冷卻劑過(guò)冷度越大，越容易發(fā)生熱細(xì)?；?。

4 結(jié)語(yǔ)

本文開(kāi)展了小規(guī)模熔融物與冷卻劑相互作用的實(shí)驗(yàn)研究，運(yùn)用可視化手段，分別從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物、熔融物入水后的瞬態(tài)過(guò)程變化及熔融金屬周?chē)鷼怏w分布，針對(duì)熔融物初始溫度、熔融物質(zhì)量及冷卻劑溫度三個(gè)影響因素開(kāi)展分析。結(jié)果表明：

1）熔融物溫度為500℃左右時(shí)，接近最小膜態(tài)沸騰溫度，蒸汽膜不穩(wěn)定，熔融物與冷卻劑直接接觸，最容易發(fā)生細(xì)?；?。溫度高于500℃時(shí)，處于穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰區(qū)域，蒸汽膜較穩(wěn)定，細(xì)?；潭容^低。溫度低于500℃時(shí)，溫度接近凝固點(diǎn)，熔融物在與冷卻劑接觸時(shí)容易發(fā)生凝固，也不容易發(fā)生細(xì)?；?/p>

2）隨著熔融物質(zhì)量增加，熔融物內(nèi)能和表面積增加，產(chǎn)生更厚的蒸汽膜，阻礙熔融物與冷卻劑直接接觸，使細(xì)粒化率降低。

3）冷卻劑溫度較低時(shí)，與熔融物之間的溫差大，容易發(fā)生強(qiáng)烈的不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，細(xì)?；觿×?。冷卻劑溫度較高，由高溫熔融物的少量傳熱就可以導(dǎo)致冷卻劑氣化、蒸汽膜變厚、細(xì)粒化率降低。