ИСТИНА

Быстрые фазовые переходы, связанные в высвобождением энергии и резким увеличением удельного объема системы, способны приводить к локальному повышению давления и распространению взрывных волн. Примерами таких явлений служат вскипание перегретой жидкости при разрушении резервуара высокого давления, представляющее опасность при авариях со сжиженными давлением углеводородами, а также паровой взрыв (термическая детонация) при взаимодействии жидкого теплоносителя с расплавами, находящимися при температуре значительно выше температуры кипения теплоносителя. Последняя задача актуальна в атомной энергетике при анализе тяжелых аварий с плавлением активной зоны реактора. В обоих случаях движущие причины взрыва носят физический характер, в отличие от обычных взрывов с выделением энергии химических превращений. В докладе рассмотрены математические модели указанных явлений, в которых основной упор делается на гидродинамические аспекты проблемы (возникновение и распространение ударных волн в многофазных системах) при определенных упрощениях сложных процессов, протекающих на малых масштабах (зарождение и рост пузырьков, взаимное движение жидкой и паровой фаз), на основе предположения о малом временном масштабе неравновесных процессов по сравнению с характерными гидродинамическими временами. В результате задача сводится к решению гиперболических уравнений движения с усложненным уравнением состояния. Обсуждается процедура численного решения и особенности реализации соответствующих схем, в частности, вычисление потоков на границах расчетных ячеек и описание подвижной границы раздела между двухфазной областью и окружающей средой. Приведены примеры расчета физического взрыва при разрушении резервуара высокого давления со сжиженным пропаном, а также парового взрыва в системе вода-пар-расплав. Рассмотрено быстрое вскипание при полном и частичном заполнении резервуара, получены характеристики воздушных ударных волн, продемонстрирована картина течения в двухфазной зоне, включая распространение волны вскипания и вторичные отражения ударных волн, приводящие к характерным профилям давления с несколькими максимумами. Рассчитана структура волны парового взрыва при распространении по зоне предварительного перемешивания с крупнодисперсными каплями расплава, испытывающими фрагментацию после прохождения волны давления. Обсуждается роль различных физических явлений в формировании взрывной волны, а также рассматривается аналогия с детонационными волнами в химически реагирующих системах. Результаты расчетов сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными.