Abstract
Pool boiling of dilute aqueous solutions of polyethylene oxide polymer has been experimentally investigated for the purpose of understanding the physical mechanisms of the suppression of vapor explosions in this polymer solution. Tn solid spheres of 22.2mm and 9.5mm-diameter ore heat-ed and quenched in the polymer solutions of various concentrations at 3$0^{\circ}C$. The results showed that minimum film boiling temperature($\Delta$ $T_{MFB}$) in this highly-subcooled liquid rapidly decreased from over $700^{\circ}C$ for pure water to about 15$0^{\circ}C$ as the polymer concentration was increased up to 300ppm for 22.2mm sphere, and it decreased to 35$0^{\circ}C$ for 9.5mm sphere. This large decrease of minimum film boiling temperature in this aqueous polymer solution may explain its ability to suppress spontaneous vapor explosions. Also, tests with applying a pressure wave showed that the vapor film behaved more stable against an external disturbance at higher polymer concentrations. These observations together with the experimental evidences of vapor explosion suppression in dilute polymer solutions suggest that the application of polymeric additives such as polyethylene oxide as low as 300ppm to reactor emergency coolant be considered to prevent or mitigate energetic fuel-coolant interactions during severe reactor accidents.s.
폴리머 수용액의 증기폭발 억제 효과에 대한 물리적 현상을 이해하기 위해 폴리에틸렌옥사이드 수용액에서의 풀비등 특성을 실험적으로 관찰하였다. 본 실험에서는 22.2mm와 9.5mm 직경의 두 구형 체를 가열하여 여러가지 농도의 3$0^{\circ}C$ 수용액에서 냉각시켰다. 그 결과, 순수한 물에서는 7$0^{\circ}C$ 이상인 최소막비등온도($\Delta$ $T_{MFB}$)가 300ppm농도의 폴리머 수용액에서 22.2mm구의 경우 15$0^{\circ}C$ 까지, 9.5mm구의 경우 35$0^{\circ}C$까지 낮아짐을 알 수 있었다. 이러한 폴리머 수용액에서 최소막비등온도가 크게 낮아지는 현상은 이 수용액에서 중기폭발이 억제되는 이유로 해석될 수 있다. 또한, 외부 압력파의 막비등에 대한 영향을 관찰한 결과, 수용액의 농도가 클수록 증기막의 안정도가 커짐을 알 수 있었다. 이러한 폴리머 수용액에서의 비등 특성과 증기폭발 억제에 대한 실험 결과들은 원자로 비상냉각수에 폴리에틸렌옥사이드와 같은 폴리머를 최소 300ppm 정도 소량 첨가하는 방법으로 중대사고시 폭발적 FCI 반응을 방지 또는 완화할 수 있음을 제시한다.다.