(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211062257.0 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 中国核动力研究设计院 地址 610000 四川省成 都市双流区长顺大 道一段328号 (72)发明人 杨生兴　宫厚军　胡钰文　黎阳　 马乐　昝元锋　杨祖毛　卓文彬　 (74)专利代理 机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 专利代理师 胡晓丽 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的 方法 (57)摘要 本发明公开了一种获取水射流刺破熔池液 面临界条件的方法， 分析水射流的射流和液滴冲 击自由钢液面的稳态受力情况和液面变形情况， 获取冲击力总和模型和支撑力总和模 型； 以变形 液面轮廓曲线在三相接 触线处的倾 斜角 为临界条件， 构建射流冲击刺破模型和 液滴冲击刺破模型以计算射流和液滴刺破熔池 液面的初始速度和下落高度； 针对 水射流和液滴 从顶部冲击熔池自由液面的物理过程， 建立数理 模型， 确立冷却水刺破不锈钢熔池 液面的临界条 件， 为使用和评价堆内注水来 缓解金属层热聚焦 效应的方案提供理论依据， 为计算出各种不同工 况下的临界速度奠定基础， 为1400MW级超大型堆 芯熔融物的滞留提供了理论基础和分析工具。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 115470723 A 2022.12.13 CN 115470723 A 1.一种获取 水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特 征在于， 包括 步骤： 步骤一： 分析水射流的射流冲击自由钢液面的稳态受力情况和液面变形情况， 获取冲 击力总和模型和支撑力总和模型； 步骤二： 分析水射流的液滴冲击自由钢液面的稳态受力情况和液面变形情况， 获取支 撑力模型； 步骤三： 以变形液面轮廓曲线在三相 接触线处的倾斜角 为临界条件， 构建射流 冲击刺破 模型和液滴冲击刺破 模型； 步骤四： 根据射流冲击刺破模型计算射流刺破熔池液面的初始速度和下落高度； 根据 液滴冲击刺破 模型计算液滴刺破熔池液面的初始速度和下落高度。 2.根据权利要求1所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 步骤一包括： S11、 分析水射流的射流冲击自由钢液面的冲击压力， 对冲击区内的径向冲击力积分构 建出冲击力总和模型； S12、 分析自由钢液面对射 流的支撑力和液面变形情况构建出支撑力总和模型。 3.根据权利要求2所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 所述冲击力总和模型为： 其中， vj为射流中心的最大流速； H为 射流下落高度； ρl为射流的密度。 4.根据权利要求3所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 所述支撑力总和模型为： 其中， Fσ为自由钢液面熔池表面张力， Fg为水射流没入钢液面以下排开的钢液重力； 为变形液面轮廓曲线三相接触线处的倾斜角， 所述三相为钢液、 空气和冷却水三相； ρ钢为钢 液的密度； rm为冲击区最大直径； g为重力加速度； σ 为钢液面的表面张力； hm为射流冲击区的 高度。 5.根据权利要求4所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 所述射流冲击刺破 模型获取 方法为： 在射流达稳态条件下， 射流冲击自由钢液面的冲击力总和等于自由钢液面对射流的支 撑力总和； 在 的临界条件下， 自 由钢液面对 射流的支 撑力总和达到最大值得到射流冲击刺 破模型。 6.根据权利要求5所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 所述射流冲击刺破 模型为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470723 A 27.根据权利要求1所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 步骤二包括以下子步骤： T21、 将水射流的液滴等效为等体积、 等质量的球形固态物体， 分析球形固态物体的液 滴冲击自由钢液面的受力情况和液面变形情况； T22、 通过自由钢液面的表面张力沿竖直方向分力与水射流的液滴没入自由钢液面以 下排开的钢液重力之和， 推导出自由钢液面对液滴的支撑力模型。 8.根据权利要求7所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 所述支撑力模型为： β 为浸没角， rt为球形固态物体的球半径； ρ 为钢液的密度； g为重力加速度； hlr为三相接 触线与熔池自由液面之间的距离； 为变形液面轮廓曲线在三相接触线处的倾 斜角。 9.根据权利要求8所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在于， 所述液滴冲击刺破 模型为： 其中， hcr为球形固态物体刺破自由钢液面的下陷深度； θc为自由钢液面在球形固态物 体处的静态接触角； z为液滴 的下落高度； ρ水表示液滴的密度； v0为液滴从下落处最高点的 初始速度； 式中A＝2 π σ rt， 10.根据权利要求9所述的一种获取水射流刺破熔池液面临界条件的方法， 其特征在 于， 根据液滴冲击刺破 模型， 在给定的rt， z条件下， 得到液滴刺破熔池液面的临界初速vcr； 在 的临界条件下， 根据式： 计算球形固态物体刺破熔池自由液面的 临界下陷深度hcr。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470723 A 3