Abstract
A mathematical model of vapor explosion propagation is presented. The model predict two-dimensional, transient flow fields and energies of the four fluid phases of melt drop, fragmented debris, liquid coolant and vapor coolant by solving a set of governing equations with the relevant constitutive relations. These relations include melt fragmentation, coolant-phase-change, and heat and momentum exchange models. To allow thermodynamic non-equilibrium between the coolant liquid and vapor, an equation of state for oater is uniquely formulated. A multiphase code, TRACER, has been developed based on this mathematical formulation. A set of base calculations for tin/water explosions show that the model predicts the explosion propagation speed and peak pressure in a reasonable degree although the quantitative agreement relies strongly on the parameters in the constitutive relations. A set of calculations for sensitivity studies on these parameters have identified the important initial conditions and relations. These are melt fragmentation rate, momentum exchange function, heat transfer function and coolant phase change model as well as local vapor fractions and fuel fractions.
본 논문에서는 증기폭발의 전파과정을 해석하기 위한 수학적 모델을 제시하였다. 이 모델은 용융물, 용융파편, 그리고 냉각재 기상과 액상 등 4상 유체의 2차원적인 천이거동을 지배방정식 및 관련상관식의 수치적 해를 구함으로서 예측할 수 있다. 모델에 사용된 주요 상관식은 용융물 분쇄, 냉각재 상변화, 에너지 교환, 그리고 운동량 교환항으로 구성되어 있다. 그리고, 냉각재(물)의 상태방정식은 냉각재의 기상과 액상 사이의 열역학적 인 비평형을 허용할 수 있는 독특한 형태로 구성되었다. 주석 /물의 중기폭발에 대한 예제계산을 수행한 결과 본 모델이 폭발의 전파속도 및 압력 -비록 그 정량적인 값은 관련상관식의 인자들에 좌우되지마는- 등의 증기폭발 전파과정의 주요현상을 적절히 모사할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 중요한 초기변수(중기 분율, 용융물 분율) 및 관련상관식에 대한 민감도 분석도 수행되었다.