基于GASFLOW的火焰加速准则改进

彭欢欢 邹志强 武铃珺 王小吉 许幼幼

(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都610213)

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2011年，日本福岛核电厂由于地震海啸引发了严重事故，事故中多次发生氢气爆炸，反应堆厂房受到了破坏，造成大量放射性物质外泄。这使得严重事故下氢气安全风险问题成为国内外关注的焦点。在典型的严重事故下，压力容器内的锆水反应和压力容器外的堆芯熔融物与安全壳内混凝土相互作用会产生大量氢气。产生的这些氢气释放到安全壳内，与空气和水蒸汽混合形成可燃气体混合物，存在氢气燃烧、燃爆甚至爆炸的风险。核电厂氢气安全风险主要是由于氢气爆炸带来的风险，氢气爆炸主要有两种方式，直接爆炸方式和由燃烧、火焰加速转变为爆炸的方式。由于触发直接爆炸所需要的能量比较高，在核工业领域一般不会发生；而在一定条件下氢气燃烧通过火焰加速过程进一步转变为爆炸（DDT），这一过程发生的可能性比较大，是氢爆威胁设备完整性的主要原因。氢气爆炸之前会经历一个燃烧火焰加速的过程，研究氢气火焰加速是研究氢气安全风险的关键。目前，对氢气火焰加速的风险分析，主要采用火焰加速σ准则评估其潜在可能性。三维CFD程序GASFLOW采用了火焰加速σ准则，该准则是基于大量实验数据得到的经验关系式，在评价核电厂安全壳内常温常压下氢气安全风险具有一定的可行性。对于高温高压特殊环境该准则不适用，因此有必要对该准则进行一定的改进，扩展其适用范围。……