Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6018

Zusammenfassung

Die Ausbreitung von Kernschmelzen auf einer horizontalen Ausbreitungsfläche des EPR stellt die Basis für deren Kühlbarkeit dar. Um sich ein Bild über die grundlegenden Ausbreitungs- und Erstarrungsvorgänge zu machen, werden Modellversuche mit Woodsmetall (MCP-58-Legierung) als Modellschmelze durchgeführt. Das Woodsmetall breitet sich auf einer horizontalen Platte aus, die auf verschiedene Temperaturen temperiert werden kann. Bei Plattentemperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Woodsmetalls (T_W 58°C) kann es zur Erstarrung der Schmelze während der Ausbreitung kommen.

In der vorliegenden Arbeit werden drei Versuchsserien mit Reynolds-Zahlen im Bereich 3,76 Re 39,92 vorgestellt. Weiterhin ist die Plattentemperatur im Bereich 40°C T_W 75°C variiert worden. Die Prandtl-Zahl der metallischen Modellschmelze ist Pr=0,74. Wir finden zunächst für T_W 60°C die rein flüssige Ausbreitung, welche die typischen Eigenschaften der trägheitsdominierten Form zeigt. Für T_W 60°C nimmt die Abkühlung und das Ausfrieren der Schmelze massiv Einfluß, indem letztlich bei allen Versuchen die Schmelzausbreitung durch komplettes Erstarren gestoppt wird. Hierzu werden insbesondere detaillierte Messungen der Zeitgeschichte der Front vorgelegt. Schließlich wird eine Auswertung der Frontlänge vorgelegt, welche aufzeigt, daß im Falle der gekühlten Platte generell eine stärkere Zerklüftung der Front zu beobachten ist. Hierbei ist ein periodisches Zerklüften, gefolgt von Vergleichmäßigung, auffällig.

Experimental investigation of spreading model melts in presence of solidification

Abstract

The complete spreading of the corium melt on the spreading area of the EPR has to be viewed as a basis for coolability. To understand the basic phenomena of spreading and solidification, model experiments have been performed using Woods-metal (MCP58) as model melt. The melt is spreading on a horizontal plate, which is kept at constant temperature. Thus, for plate temperatures below the solidification temperature of the melt (T_W 60°C) substantial solidification is obtained on the plate during spreading.

Three series of experiments have been performed, covering the range of Reynolds-numbers 3,76 Re 39,92. The plate temperature has been varied within each series in the range 40°C T_W 75°C. The Prandtl-number of the melt is Pr=0.74. We find for T_W 60°C pure hydrodynamic spreading without solidification, featuring the typical properties of inertia-dominated spreading. For T_W 60°C, in contrast, the heat losses into the plate and, thus, solidification has a profound influence, as finally in all these experiments the spreading is stopped due to complete solidification of the melt. Here we give detailed measurements on the time behaviour of the melt front. Finally, we give some quantitative measure for the front length, which demonstrates a stronger fingering of the front for cases of lower plate temperatures. Here, a periodic fingering followed by a smoothening is observed.