PREMIX, documentation of the results of experiments PM01 to PM06

A series of so-called PREMIX experiments is being performed in which the mixing behaviour is investigated of a hot alumina melt which is discharged into water. The tests are part of a multi-lateral programme carried out in support of the licencing procedure of LWR. The programme, which aims at the safety of the reactor, includes relevant experiments and the numerical simulation by computer codes. The parameters of the 1st experimental series were: Melt masses of 10 and 20 kg, released through nozzles of 40 and 56 mm in diameter, resp., the type of melt discharge, a slender size of the water pool, and the degree of sub-cooling. The phenomena of mixing can well be described by means of both high speed and video films and a variety of measurements. The results show that it is the period up to about 0.4 to 0.5 s in which the decisive processes of premixing occur. The very first material release generally occurs as single droplets. In 3 of the first 6 tests, a more or less compact stream of melt formed soon after that. In the other tests, the spray-type discharge of melt continued. A funnel-shaped interaction region is formed in the water pool. Its radial and axial growth rates are determined by the discharge mode and mass flux of the melt. A vapour explosion did not occur. The test results are well suited to be used in the verification and validation of computer models. The results of the measurements and the post-test examination of the debris give an indication of a possible inherent limitation of the masses involved in premixing. Consequently, the probability of a steam explosion to occur would also be limited. This limitation is anticipated to occur in 2 stages: 1. The bulk portion of the water is displaced far enough by the growing interaction region and is prevented from taking part immediately in the thermal interaction. Vapour is the continuous phase in the interaction region. 2. In case of a compact melt stream, the major part of the melt quickly flows down through the interaction region. (orig.)Die Parameter der ersten Versuchsserie waren: Schmelzemassen von 10 und 20 kg, die aus Oeffnungen mit einem Durchmesser von 40 bzw. 56 mm flossen, die Form des Schmelzestroms, eine schlanke Gestalt des Wasserbehaelters und das Mass der Wasserunterkuehlung. Der Ablauf der Vermischung wird durch Filmaufnahmen (Hochgeschwindigkeits- und Videofilme) sichtbar gemacht und ist durch eine Vielfalt an Messsignalaufzeichnungen nachvollziehbar. Es zeigt sich, dass die entscheidenden Vermischungsvorgaenge nach etwa 0,4 bis 0,5 Sekunden abgeschlossen sind. Das erste Schmelzematerial tritt gewoehnlich als Einzeltropfen aus. In 3 der ersten 6 Versuche entsteht kurz danach ein mehr oder weniger kompakter Schmelzestrahl, in den anderen 3 Versuchen ein Spruehstrahl. Im Wasser bildet sich eine trichterfoermige Interaktionszone aus, deren axiale und radiale Wachstumsrate vom Massenfluss der Schmelze bestimmt werden. Eine Dampfexplosion trat nicht auf. Die Versuchsergebnisse sind fuer die Verifizierung und Validierung von Computermodellen gut geeignet. Die Messergebnisse und die Nachuntersuchung der Fragmente geben einen Hinweis auf eine moegliche Selbstbeschraenkung der an der Vorvermischung beteiligten Massen (Schmelze und Wasser). Diese wuerde wiederum die Wahrscheinlichkeit vermindern, dass eine Dampfexplosion auftritt. Die Selbstbeschraenkung koennte in 2 Phasen ablaufen: 1. Die Hauptmasse des Wassers wird durch das Anwachsen der Interaktionszone weit genug von deren Innerem und damit vom Interaktionszentrum ferngehalten. Die kontinuierliche Phase in der Interaktionszone ist Dampf. 2. Bildet sich ein kompakter Schmelzestrahl aus, fliesst der Hauptteil der Schmelze rasch durch die Interaktionszone nach unten. Die Fragmentierung und die Waermeuebertragung sind bei weitem noch nicht beendet, wenn die Schmelze den Boden erreicht und dort kumuliert. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: ZA 5141(5756) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman