Термодинамическая оценка предельных значений показателей продуктов взрыва газовых сред объектов ядерного топливного цикла

Определение давления и температуры продуктов взрыва газовых сред имеет важное значение для анализа потенциальных аварий на объектах ядерного топливного цикла. В настоящее время отсутствуют методы расчета параметров взрыва для реальных условий технологических процессов в радиохимических средах.
В связи с этим представляет интерес расчет предельных значений температуры и давления продуктов анализируемых экзотермических реакций, которые зависят от принятых термодинамических ограничений. Система таких ограничений включает различные варианты адиабатических условий протекания реакции. Вследствие этого возникает потребность в сравнительном анализе показателей взрыва для различных вариантов осуществления адиабатического процесса.
В статье изложен термодинамический подход к оценке максимального давления взрыва продуктов неуправляемых газовых реакций, возможных на объектах ядерного топливного цикла.
Проведен анализ различных вариантов адиабатических условий протекания экзотермических реакций в режиме взрыва. Предложена формула для расчета адиабатической температуры продуктов взрыва в герметичном оборудовании с использованием справочных данных, относящихся к изобарным условиям.
Показано снижение расчетного значения максимального давления взрыва в условиях постоянного объема при использовании изобарной адиабатической температуры продуктов взрыва вместо изохорной. Предложена схема термодинамического расчета максимального давления взрыва, протекающего в соответствии с адиабатами Пуассона и Гюгонио, с применением расчетного значения изохорной адиабатической температуры. Сопоставлены предельные значения давления взрыва для различных адиабатических условий протекания экзотермической реакции.

Ключевые слова: термодинамический подход, адиабатические условия, максимальное давление взрыва, объекты ядерного топливного цикла.

Язык статьи: русский. С. 18–27. DOI: 10.26277/SECNRS.2023.107.1.002.

---

Thermodynamic estimation of limit values for indicators of explosion products in gaseous environments of nuclear fuel cycle facilities.

Sokolov I. P., Ponizov A. V., Popkov V. A., Sharafutdinov R. B.

Estimation of pressure and temperature values for explosion products in gaseous environments is essential for analysis of potential accidents at nuclear fuel cycle facilities. Nowadays, we lack calculation methods for explosion parameters in real-time process conditions of radiochemical environments.
In this regard, the interest is focused on calculation of temperature and pressure limit values for products of exothermic reactions being analyzed, which depend on the adopted thermodynamic limits. The framework of such limits contains various options of adiabatic conditions of the reaction behavior. As a result, the need arises for comparison analysis of explosion indicators for various options of the adiabatic process implementation.
The article presents the thermodynamic approach to estimation of the explosion maximum pressure for products of uncontrolled gaseous reactions that can occur at nuclear fuel cycle facilities.
The analysis was carried out for various options of adiabatic conditions of exothermic reactions behavior under the explosion mode. The formula was proposed to calculate the adiabatic temperature of explosion products in the sealed equipment using reference data related to isobaric conditions.
Reduction of the calculation value of the explosion maximum pressure was demonstrated in conditions of a constant volume using isobar adiabatic temperature for the explosion products instead of the isochoric value. A thermodynamic pattern was proposed for calculation of the maximum pressure of explosion, progressing in accordance with the Poisson and Hugoniot adiabats, along with the use of the calculated value of isochoric adiabatic temperature. The explosion pressure limit values were compared for various adiabatic conditions of exothermic reaction behavior.

Keywords: thermodynamic approach, adiabatic conditions, explosion maximum pressure, nuclear fuel cycle facilities.

Article language: Russian. Pp. 18–27. [in Russian]. DOI: 10.26277/SECNRS.2023.107.1.002.