随着人类科技的快速发展,人类社会对各种金属材料的需求日益提升。在核工业及冶金业等行业中常常发生熔融金属在非正常的条件下与冷却剂进行接触,在这个过程中可能会发生严重的蒸汽爆炸,危害周围设备及作业人员的安全健康。这种蒸汽爆炸近年来在冶金行业的事故中频发,此外在人类核工业历史当中,也曾发生过三起较为严重的因熔融物与冷却剂非正常接触引发蒸汽爆炸而导致的严重的安全事故。由于高温熔融物与冷却剂之间的相互作用是一个非常复杂的过程,其影响因素繁多,过程机理还不能被人们完全理解和掌握,目前对于这个领域的研究还不能做到准确的预估事故发生以及安全预防。因此,开展高温熔融物与冷却剂相互作用的研究具有重要意义。为了研究熔融物与冷却剂相互作用这一过程的各种现象和机理,以及过程中伴随的熔融物碎化和爆炸的过程,本文自主设计并搭建了一套用于相关研究的实验系统,通过使用高速相机对这一过程进行拍摄以及自由场压力传感器对爆炸过程的超压进行实时数据记录,探讨这一过程所涉及到的机制和原理;通过对产物的各项分析,来理解这一过程所伴随的化学现象以及反应,研究蒸汽爆炸中化学爆炸对其影响程度。本文的主要工作内容如下:开展了熔融铝液柱与冷却水相互作用的实验。研究发现熔融铝液柱与冷却水相互作用过程可能发生爆炸现象。爆炸分为局部爆炸和充分爆炸两种类型。发现金属温度越高、下落高度越大,发生爆炸的概率将越高。其次,对不同实验现象中压力传感器记录到的超压峰值进行了比对,通过计算得出各组爆炸中释放的爆炸能量以及熔融铝能量转化为爆炸能量的能量转化效率。实验中记录到的最大爆炸能量为143KJ,爆炸超压为0.278Mpa,能量转化效率最高达到了18.44%。通过现象以及数据的分析,提出在熔融铝液柱与冷却水相互作用过程中,导致金属发生不同程度爆炸的原因在于铝表面的氧化层以及维持其内部稳定状态的表面张力,而金属铝的温度以及下落高度对氧化层以及表面张力的影响程度明显。分析了熔融铝液柱与冷却水相互作用实验产物。根据金属产物外部形态特征,将固体产物分为三种类型,气体产物则主要由氢气组成。然后对金属三种类型产物的质量分布进行了统计,发现不同爆炸类型的实验中产生的产物种类是不同的。同时对产物的物质组成通过专业设备进行了检测,发现产物主要由铝、氧化铝以及氢氧化铝组成。发现不同的爆炸类型对其物质组成也存在影响。说明不同的爆炸进行的是不同的化学过程。实验对气体产物进行了收集,并发现不同的工况中气体收集体积与金属铝温度、下落高度、质量都存在着明显的关系。随着金属温度的升高,收集到的气体体积呈现先上升后下降的趋势。随着熔融铝液柱质量的增加,收集到的氢气体积增加。但是,不同熔融铝液柱下落高度条件下,收集到的氢气体积无明显变化规律。当金属铝与冷却水接触并产生氢气时,其表面会产生一定的扰动而使氧化层发生形变,导致水与金属进一步接触;同时铝的氧化物在高温条件下也会和水反应生成氢气,失去了氧化膜保护的金属铝会直接暴露在水中,与水剧烈反应并碎化或者爆炸。