空间中氦气与氢气分布相似性分析

王田林，曹学武

空间中氦气与氢气分布相似性分析

王田林，曹学武*

（上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

安全壳内氢气积聚和不凝性气体存在时的蒸汽冷凝是核电厂严重事故时所重点关注的现象，通常采用氦气替代氢气开展相关实验研究。针对使用氦气替代氢气开展实验研究的相似性问题，基于氢气与氦气等体积流量、等浮力以及等浓度分布相似三种方法使用GASFLOW模拟分析了含圆盘障碍物的封闭空间内氦气与氢气的分布特征。采用三种相似方法能够使得空间中氢气与氦气浓度分布相似，基于等体积流量相似方法氦气与氢气浓度随时间的变化同步。

氢气分布；氦气；氢气风险；GASFLOW

轻水堆核电厂严重事故条件下，锆水反应会产生大量的氢气，氢气、氧气等在一定条件下混合可能会发生燃烧或爆炸，威胁安全壳的完整性[1]；在氢能利用方面，氢气泄漏同样会引发氢气风险[2]。因此，必须采取措施应对氢气风险，而氢气分布预测则是措施制定中的重要过程。

由于氢气的可燃性，采用其作为实验介质研究氢气分布具有一定的危险性，Swain等人提出了氢气风险评估方法[3, 4]，即利用氦气作为“桥梁”评估氢气风险，该方法分四步：（1）采用氦气开展实验研究；（2）使用氦气实验数据验证计算流体力学（CFD）模型；（3）基于氦气数据验证后的CFD模型开展氢气模拟分析；（4）基于氢气分布模拟结果确定风险。Swain等人基于氦气与氢气等体积流量的条件，在长方体结构的装置中验证了在平衡阶段氢气与氦气分布的相似特性，但在初始阶段相似性较差。……