Математическое моделирование сложных технологических систем методом конечных элементов

Метод конечных элементов известен достаточно давно, однако его активное применение в направлении моделирования физических процессов началось вскоре после развития современных компьютерных машин. Одним из достоинств подобного моделирования является сокращение временных и финансовых затрат по сравнению с классическими экспериментами. В работе представлены результаты гидравлического расчета проектного режима работы сложной технологической системы методом конечных элементов. Расчет выполнялся с использованием теплогидравлического модуля CFX программного комплекса Ansys. При этом в составе расчетной области была применена модель пористого тела в качестве альтернативы прямому моделированию устройств системы со сложной конструкцией. Объектом моделирования выступила система подпитки градирен энергоблока № 1, 2 Нововоронежской АЭС-2. Тестовый (верификационный) расчет показал приемлемое расхождение с реальными параметрами системы (в пределах 15 %). По результатам расчетного анализа выявлено оптимальное количество и комбинация постоянно работающих насосов в системе, при которых достигается увеличение расхода основной охлаждающей воды на 30÷40 %, что, в свою очередь, позволит снизить накопления карбоната кальция на основных конструкционных элементах градирен. Модель пористого тела может быть применена как для прогнозирования режимов работы оборудования сложной конструкции индивидуально, так и в составе технологических систем.

1. Буряка В.А., Фокин В.Г., Солдусова Е.А., Глазунова Н.А., Адеянов И.Е. Инженерный анализ в Ansys Workbench. Самара: Изд-во Самар. гос. техн. ун-т; 2010. 271 с.

2. Ильин В.П. Методы конечных разностей и конечных объёмов для эллиптических уравнений. Новосибирск: Изд-во Ин-та математики; 2000. 345 с.

3. Белова О.В., Волков В.Ю., Скибин А.П., Николаева А.В., Крутиков А.А., Чернышев А.В. Методологические основы CFD-расчетов для поддержки проектирования пневмогидравлических систем. Инженерный журнал: наука и инновации. 2013;17(5):45.

4. Снегирёв А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений: учебное пособие. Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та; 2009. 143 с.

5. Нововоронежская АЭС. Проект АЭС-2006. URL: http://www.rosenergoatom.ru/upload/iblock/f01/f01b5ca309dbda1917c112d6897c0959.pdf (дата обращения 01.05.2023).

6. Абрамов Н.Н. Водоснабжение: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат; 1982. 440 с.

7. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. и др. Тепловые электрические станции. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: «Издательский дом МЭИ»; 2007. 466 с.

8. Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. Учебник. 2-е изд. М.: МЭИ; 2006. 309 с.

9. Бункин В.И. Обработка охлаждающей воды на тепловых электростанциях. М.: Энергия; 1964. 161 с.

10. Боднарь Ю.Ф. Оптимизация водно-химического режима оборотных систем охлаждения с градирнями. Энергосбережение и водоподготовка. 2008;53(3):8–11.

11. Белоконова А.Ф. Водно-химические режимы тепловых электростанций. М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ; 1985. 246 с.

12. РД 34.22.501-87 Методические указания по предотвращению образования минеральных и органических отложений в конденсаторах турбин и их очистке.

13. РД 210.006-90 «Правила технологического проектирования атомных станций (с реакторами ВВЭР)». М.: Министерство атомной энергетики и промышленности СССР; 1990. 221 с.

14. Поваров В.П., Стацура Д.Б., Усачев Д.Е. Опыт эксплуатации и пути повышения эффективности работы системы технического водоснабжения энергоблоков № 1,2 Нововоронежской АЭС-2. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2020;2:5–16. DOI: 10.26583/npe.2020.2.01.

15. Кириллов П.Л., Бобков В.П., Жуков А.В., Юрьев Ю.С. Справочник по теплогидравлическим расчетам в ядерной энергетике. М.: ИздАт; 2010. 776 с.