大直径球罐内液体闪烁体和超纯水置换数值模拟

来源：核动力工程杂志2024年第2期北京时间：

作者：赵宏伟, 董瑞, 李俊杰, 欧阳峥嵘, 衡月昆

单位：1.中国科学技术大学，合肥，230026；2.中国科学院合肥物质科学研究院，合肥，230031；3.中核第四研究设计工程有限公司，石家庄，050021；4.上海科技大学，上海，201210；5.中国科学院高能物理研究所，北京，100049；

摘要：中微子实验装置一方面需要屏蔽大量的宇宙射线和来自岩石、空气、灰尘的天然放射性；另一方面需要尽可能降低实验设施自身的放射性本底。本文利用计算流体动力学（CFD）软件模拟研究了中心探测器（大直径球罐）内液体闪烁体（简称液闪）和超纯水的置换过程，分析水中的放射性杂质进入液闪的情况，研究自然对流对置换过程中液闪本底的影响。通过模拟无自然对流和有自然对流2种工况，得到2种工况下液闪和水的相态与流态分布以及相含量随时间的变化情况，提取出相界面处竖直向上速度，并计算得出截面向上总流量，以判断自然对流对置换过程的影响。结果表明：在有自然对流工况下液闪向上的平均体积流量是小于无自然对流状态的，可知自然对流可以抑制水中放射性杂质进入液闪。

关键词：大直径球罐, 计算流体动力学（CFD）, 置换, 自然对流