КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-19-00289
НазваниеСтратифицированный паровой взрыв при взаимодействии слоя высокотемпературного расплава с жидким теплоносителем
Руководитель Якуш Сергей Евгеньевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук , г Москва
Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-504 - Ядерная и радиационная безопасность, радиоэкология
Ключевые слова стратифицированный паровой взрыв, многофазные течения, неустойчивость, нуклеация, вскипание, ударные волны, термическая детонация
Код ГРНТИ44.33.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Целью проекта является аналитическое и численное исследование многофазных явлений, происходящих при взрывном выделении энергии в результате взаимодействия слоя высокотемпературного расплава с жидким теплоносителем (стратифицированного парового взрыва). Проект посвящен изучению процессов, происходящих при растекании расплава под поверхностью воды, неустойчивости поверхности расплава и образовании трехфазной области предварительного перемешивания «расплав-жидкость-пар», спонтанном или вынужденном инициировании термической детонации, распространении волны давления стратифицированного парового взрыва. Данная проблема актуальна в атомной энергетике при тяжелых авариях плавлением активной зоны и выходом высокотемпературного расплава (кориума) из корпуса реактора в оболочку реактора. В особенности актуальной задача является для разрабатываемых в настоящее время «ловушек» расплава активной зоны на случай тяжелых аварий. В таких ловушках может иметься слой воды, подаваемой для охлаждения кориума как до выхода расплава, так и после его растекания по дну ловушки, и важной проблемой является недопущение взрывного вскипания воды, способного вызвать разрушение контейнмента реактора.
В проекте будет созданы модели и программное обеспечение, на основе которых будут исследованы: 1) возникновение области предварительного перемешивания в стратифицированной конфигурации, которая существенно увеличивает поверхность взаимодействия и определяет количество материала, способного к взрывному взаимодействию, под действием развития неустойчивостей, порожденных вскипанием-конденсацией фаз, и 2) собственно взрывное вскипание, сопровождающееся интенсивным расширением пара с образованием ударных волн вследствие положительной обратной связи между генерацией возмущений и выделением тепловой энергии (термическая детонация). Задачей проекта также является валидация полученных результатов на экспериментальных данных, в том числе уникальных данных, предоставленных на основе международной научной коллаборации, а также обобщение полученных результатов в виде отсутствующих в настоящее время замыкающих соотношений и корреляций, которые позволят применять для стратифицированного парового взрыва более простые вычислительные модели механики взаимопроникающих континуумов.
В ходе реализации проекта будет выполнено численно-аналитическое исследование возникновения неустойчивости в трехфазной системе «высокотемпературный расплав – жидкая вода – пленка водяного пара», а также созданы вычислительные средства для прямого численного моделирования такой системы с детальным разрешением границ раздела фаз (без использования осредненной модели взаимопроникающих континуумов).
Научная новизна поставленной в проекте задачи обусловлена тем, что на основе теоретического анализа и численного моделирования будут получены отсутствующие в настоящий момент данные о физических механизмах, ответственных за взаимодействие высокотемпературного расплава с водой в стратифицированной конфигурации, а также о структуре и характеристиках распространяющейся волны парового взрыва. Полученные результаты прольют свет на роль процессов возникновения и схлопывания пузырей пара, образования волн давления и кумулятивных водяных микроструй, вызывающих возмущения границы расплава, захвата и вскипания воды в объеме расплава, которые ранее не рассматривались при анализе механизмов неустойчивости, сводившихся только к гидродинамическим объяснениям. Кроме того, результаты проекта позволят сформулировать отсутствующие в настоящее время, но чрезвычайно актуальные, замыкающие соотношения для традиционно используемых для анализа тяжелых аварий многожидкостных континуальных моделей.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Якуш С.Е., Грищенко Д., Кудинов П. Features of melt-water thermal interaction in stratified configuration Потоки и структуры в жидкостях: Международная конференция; 08-10 августа 2018 г., Владивосток: Материалы конференции. – М.: ИПМех РАН, 2018., стр. 232-235 (год публикации - 2018)
2. Исхаков А.Ш., Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Энергетический анализ паровых взрывов в стратифицированных средах Волны и вихри в сложных средах: 9-я международная конференция – школа молодых ученых; 05 – 07 декабря 2018 г., Москва. Сборник материалов школы. (год публикации - 2018)
3. Исхаков А.Ш., Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е., Ле Т.Т. Hugoniot analysis of experimental data on steam explosion in stratified melt-coolant configuration Nuclear Engineering and Design (год публикации - 2019)
Публикации
1.
Рашковский С.А., Якуш С.Е., Сысоева Е.Я.
Wave phenomena upon interaction between water and high-temperature melt
Journal of Physics: Conference Series., Vol. 1268, no. 0120811. — P. 1–6. (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1268/1/012081
2. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е., Чунг Л.Т. Collapse of a superheated steam bubble in subcooled water International Journal of Heat and Mass Transfer (год публикации - 2020)
3. Якуш С.Е. Modeling the Explosive Phenomena Driven by Rapid Phase Transition "Continuum mechanics, applied mathematics and scientific computing: Godunov's legacy – A liber amicorum to Professor Godunov", Eds. G.V.Demidenko, E.Romenski,E.Toro, M.Dumbster. Springer: Advanced Structured Materials. (год публикации - 2020)
4. Исхаков А.Ш., Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш C.Е., Чунг Л.Ч. Анализ экспериментов по стратифицированным паровым взрывам с помощью частичных адиабат Гюгонио XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сборник трудов в 4 томах. Т. 2: Механика жидкости и газа. — Уфа: РИЦ БашГУ, 2019.—1328 с., Т. 2, с. 1030-1032. (год публикации - 2019)
5. Чунг Л.Т., Мелихов О.И. Оценка параметров волны термической детонации в стратифицированной среде Волны и вихри в сложных средах. 10-я Международная конференция - школа молодых ученых. М.: Премиум-принт, 2019, 368 с., С. 21-24. (год публикации - 2019)
6. Исхаков А.Ш., Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е., Чунг Л.Т. Моделирование паровых взрывов при попадании диспергированного охладителя в высокотемпературный расплав Волны и вихри в сложных средах. 10-я Международная конференция - школа молодых ученых. М.: Премиум-принт, 2019, C. 178-181 (год публикации - 2019)
7. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е., Чунг Л.Т. Evaluation of energy and impulse generated by superheated steam bubble collapse in subcooled water Nuclear Engineering and Design (год публикации - 2020)
Публикации
1.
Якуш С.Е., Сиваков Н.С., Мелихов В.И., Мелихов О.И.
Hot melt splash upon impingement of a water jet
Journal of Physics: Conference Series, V. 1666 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1666/1/012060
2.
Ле Т.Ч., Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е.
Impact effects due to hot vapour bubble collapse in subcooled liquid
Journal of Physics: Conference Series, V. 1652, 012019 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1652/1/012019
3.
Ле Т. Чунг, Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е.
Collapse of a hot vapor bubble in subcooled liquid
Journal of Physics: Conference Series, V. 1652, 012018 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1652/1/012018
4. Якуш С.Е., Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю., Усанов В.А. On the splashing of melt upon impact of water droplets and jets International Journal of Heat and Fluid Flow (год публикации - 2021)
5. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Гидродинамика и теплофизика паровых взрывов Издательство ИПМех РАН, Москва, 276 c. (год публикации - 2020)
6. Ле Т.Ч.,Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Evaluation of the dynamical characteristics of fluid flow caused by collapse of a non-spherical near-surface bubble Journal of Physics: Conference Series (JPCS), V. 1683 (год публикации - 2021)
7. Якуш С.Е., Сиваков Н.С., Мелихов В.И., Мелихов О.И. Численное моделирование взаимодействия слоя высокотемпературного расплава с водой Волны и вихри в сложных средах: 11-я международная конференция – школа молодых ученых; 01 – 03 декабря 2020 г., Москва: Сборник материалов школы. – М.: ООО «ИСПОпринт», 2020. – 247 с., С. 238-241 (год публикации - 2020)
8. Сиваков Н.С. Моделирование взаимодействия высокотемпературного фрагментированного расплава с водой Всероссийская студенческая конференция «Студенческая научная весна», посвященная 190-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана»: сборник тезисов докладов. МГТУ им. Н.Э. Баумана, СНТО им. Н.Е Жуковского. М.: ООО «Издательский дом «Научная библиотека», 2020, 470 с., С. 55-57. (год публикации - 2020)
9. Лэ Т.Т.,Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Оценка динамических характеристик жидкости после коллапса пузырька существенного перегретого пара Современные проблемы теплофизики и энергетики (19–23 октября 2020 ): материалы III международной конференции. – М.: Издательство МЭИ, 2020. – 708 с., С.173-174. (год публикации - 2020)