Explosión de vapor ( Eng. Vapor Explosion ) - una formación brusca (rápida) de una gran cantidad de vapor en un tiempo de 1 ms , acompañada de un aumento local de la presión, debido a la transferencia de energía térmica (gastada en la evaporación de líquido y expansión de vapor) en mecánica [1] .
Para que surja y se desarrolle una explosión de vapor a gran escala, son necesarias una serie de condiciones:
En el fenómeno de una explosión de vapor, se distinguen cuatro etapas: fases:
Los líquidos de alta pureza entran fácilmente en un estado de sobrecalentamiento . Esto se debe al hecho de que en dichos medios hay un número muy pequeño de núcleos de burbujas de vapor. Sin embargo, si un líquido puro sobrecalentado entra en contacto con una estructura celular o surgen flujos turbulentos en su interior, entonces, en un período de tiempo relativamente corto, el número de núcleos aumenta muchas veces y comienza en ellos el proceso de vaporización. Los flujos locales resultantes turbulentan aún más el líquido, lo que provoca un aumento en la intensidad de la vaporización y el proceso se acelera como una avalancha hasta que todo el líquido se convierte en vapor.
Por esta razón, calentar líquidos puros hasta el punto de ebullición es extremadamente peligroso. La mayoría de los calentadores de agua domésticos tienen advertencias apropiadas para no usar agua destilada.
En las condiciones de un accidente grave en una central nuclear, puede producirse una explosión de vapor cuando los materiales fundidos del núcleo, el corium , entran en contacto con el refrigerante. Los mecanismos de fragmentación de la masa fundida están asociados con fenómenos térmicos e hidrodinámicos locales en la interfase entre la masa fundida y el refrigerante. El crecimiento y el colapso periódicos de las burbujas de vapor, la diferencia en las velocidades de la gota y la fusión generan fuerzas que hacen que las gotas se rompan. Las ondas de choque resultantes, cuando interactúan con las gotas fundidas, también conducen a la fragmentación de las gotas.
Los elementos de potencia del circuito principal de circulación de la central nuclear operan en condiciones difíciles: altos niveles de temperatura y presión; tensiones térmicas significativas debido a grandes cargas térmicas y gradientes de temperatura; altas velocidades del refrigerante, lo que contribuye a la aparición de vibraciones; radiación ionizante. Por lo tanto, durante la operación, se presta mucha atención a mantener el régimen termohidráulico seguro especificado. Las centrales nucleares cuentan con sistemas confiables para monitorear todos los parámetros operativos principales y la condición del equipo. Sin embargo, incluso fallas improbables de elementos individuales del equipo o fallas en los sistemas de control y regulación, o simplemente una combinación aleatoria de desviaciones adversas de los parámetros del régimen de las condiciones normales de operación, pueden conducir a situaciones de emergencia [2] .
La seguridad de las centrales nucleares se basa en un conjunto de medidas encaminadas a prevenir las causas de las emergencias y mejorar los medios de protección. Uno de los principales problemas al evaluar una explosión de vapor es saber qué tan rápido se elimina el calor de una partícula fundida. Un complejo de estudios científicos está dedicado al estudio de este problema, en particular, los mecanismos de fragmentación del refrigerante [3] [4] , la evolución de las formaciones de vapor [5] .