Авторы
Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Кубриков К.Г., Тепляков И.О.
Организация
Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, Москва, Россия
Зейгарник Ю.А. – главный научный сотрудник, доктор технических наук.
Ивочкин Ю.П. – главный научный сотрудник, доктор технических наук. Контакты: 125412, Москва, Ижорская ул,. 13, стр. 2. Тел.: (910) 412-47-96; e-mail:
Кубриков К.Г. – младший научный сотрудник.
Тепляков И.О. – старший научный сотрудник, кандидат технических наук.
Аннотация
Представлены результаты экспериментального исследования процессов, предшествующих и сопутствующих разрушению паровых пленок охладителя (вода, не догретая до температуры кипения) около горячих жидких и твердых металлических образцов со сферической поверхностью. Проанализированы основные модели фрагментации жидкометаллических капель, основанные на учете термических напряжений, ударно-акустических эффектов и взрывного вскипания воды внутри расплава. Приведены результаты опытов с жидкометаллическими каплями, погруженными в воду, не догретую до температуры кипения. Полученный фотографический материал свидетельствует о разнообразии форм осколков, образующихся в процессе дробления. Это обстоятельство подтверждает предположение о существовании различных механизмов фрагментации, которые в существенной степени зависят от температуры расплава. Обнаружено, что при нагреве стальной капли на воздухе, наблюдается интенсивное искрообразование (капельная эрозия) металла, которое препятствует возникновению режима пленочного кипения охладителя и способствует предотвращению взрывной фрагментации расплава. Описаны эксперименты с твердыми металлическими образцами, в которых процесс контактирования воды комнатной температуры с горячей поверхностью (170–620°С) изучался с помощью кондуктометрического метода. Приводятся результаты измерений пульсаций электрического тока, величина которого пропорциональна площади электрического контакта. Измерения выполнены в режимах пленочного, переходного и пузырькового кипения; амплитудно-частотные характеристики полученных осциллограмм исследованы с помощью вейвлет-анализа. Установлено, что вскипанию охладителя на горячей поверхности предшествует короткий (несколько миллисекунд) процесс, характеризующийся интенсивной генерацией пульсаций электрического тока, который можно трактовать как результат генерации интенсивных колебаний и волн на границе раздела пар-жидкость. Обсуждается возможная физическая природа подобных волн, способствующих ускоренному локальному захолаживанию нагретой поверхности и ее непосредственному контакту с охладителем.
Ключевые слова
паровой взрыв, жидкий металл, низкокипящий охладитель, фрагментация, кипение, пленка пара, скорость охлаждения, гидродинамические волны, электрический контакт, вейвлет-анализ
УДК 536.423.1
Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, выпуск 5, 5:7