多液滴蒸发模型及其特性研究
摘要
核电安全是保障我国核电积极有序发展的前提，其中安全喷淋装置作为专设安全设施
对确保安全壳功能的完整性至关重要。然而，目前事故分析程序中的喷淋模块多采用单液
滴蒸发模型，忽略了多液滴间相互作用从而造成计算上存在一定的偏差。故而，从微观机
理角度研究液滴蒸发模型对安全壳喷淋特性的精确分析具有重要意义。
首先，基于点源叠加原理及区域积分思想，对多液滴蒸发过程中的屏蔽效应进行了修
正，并通过修正系数的引入来表征液滴间的相互作用强度。基于瞬态过程中液滴的尺寸变
化对修正系数进行实时更新，进而实现了液滴的瞬态蒸发过程的计算，并针对不同工况下
模型的计算结果分别进行了验证。其次，基于建立的模型，分析了液滴阵列在稳态工况及
瞬态工况下多液滴蒸发的特性以及液滴群的宏观蒸发特性，针对液滴间距、液滴位置、液
滴尺寸、临界间距等参数对蒸发特性的影响以及液滴自蒸发效应的修正方法展开了具体的
分析与讨论。最后，将模型运用于失水事故及主蒸汽管道破裂事故工况下安全壳喷淋特性
的研究中，并与已有实验结果进行对比，分别对单一控制体及多控制体模型的选取、模型
修正的合理性以及喷淋参数对喷淋特性的影响进行了讨论。
研究结果表明，文中模型对多液滴蒸发过程的计算具有良好的适用性。液滴间相互作
用范围可由临界间距进行表征，临界间距外，液滴间相互作用可近似忽略；而临界间距内，
阵列工况下液滴间相互作用随液滴数及液滴间距的变化存在极限值，其中最邻近液滴在对
参考液滴的抑制作用中占据主导地位。而对于液滴群工况，当液滴数足够大时，给定间距
下液滴间相互作用同样存在限值。基于上述规律可优化原有的喷淋计算模型，即通过液滴
群求解得到的限值对喷淋蒸发过程中液滴间的相互作用进行等效修正。事故安全分析程序
在考虑多液滴间相互作用修正后，失水事故工况下温度及压力整体上由于液滴间相互作用
的修正计算值偏高；主蒸汽管道破裂事故下安全壳上部空间的温度和压力在喷淋阶段的计
算及发展趋势均更加符合实验测量值，对温度及压力峰值的预测整体偏保守，对事故安全
分析具有重要的参考价值。此外，多控制体模型能够更加精确地捕捉主蒸汽管道破裂事故
下温度的分层效应，同时能对壳内温度及压力的瞬态响应实现更好的预测。关于喷淋参数
的特性分析表明，喷淋温度及喷淋尺寸对壳内热工水力响应特性的影响不显著，但喷淋流
量的增大对温度分层效应的缓解及壳内压力的抑制具有较好的作用。本文研究可为事故的
精准建模及安全分析提供一定的参考或研究思路。
关键词：多液滴蒸发；修正系数；安全壳喷淋；蒸发模型修正
多液滴蒸发模型及其特性研究
ABSTRACT
Nuclearpowersafetyisaprerequisiteforthepositiveandorderlydevelopmentofnuclear
powerinChina,wherecontainmentspraysystemsasadedicatedsafetyfacilityareessentialto
ensuretheintegrityofthecontainmentfunction.However,thecurrentaccidentanalysisprocedures
inthesprayspackagemostlyuseanisolateddropletevaporationmodel,ignoringtheinteraction
amongmulti-dropletsandthuscausingcertainerrorsinthecalculation.Therefore,itisimportant
tostudythedropletevaporationmodelfromthemicromechanicalperspectivefortheaccurate
analysisofcontainmentspraycharacteristics.
Firstly,basedontheprincipleofthepointsource