Моделирование и анализ процессов смешения неизотермических потоков в энергетических установках

Использование современных программ вычислительной гидродинамики (CFD) для задач анализа и обоснования отдельных элементов оборудования и режимов эксплуатации реакторных установок является чрезвычайно перспективным. С помощью данных вычислительных комплексов можно вести анализ условий эксплуатации элементов оборудования реакторных установок, работающих в условиях значительных термоциклических колебаний, анализ показаний элементов комплексной системы управления техническими средствами с целью оптимизации алгоритмов и режимов работы.Также не менее важной задачей является анализ температурного поля на входе в активную зону при несимметричных режимах работы реакторной установки. Для внедрения этих комплексов в практическое использование необходимо создание экспериментальной базы для верификации этих программ. В связи с тем, что проведение экспериментов близких по параметрам к реальным реакторным установкам, работающим при колоссальных давлениях связано со значительными экономическими затратами, большинство явлений, происходящих в рассматриваемых системах, с достаточной степенью представительности могут быть исследованы на мелкомасштабных моделях, работающих на воде, при давлениях близких к атмосферному или давлениях до 1 МПа. В рамках данной работы было проведено расчетное исследование процессов смешения неизотермических потоков в одной петле модели судовой ядерной энергетической установки (ЯЭУ) с использованием программных комплексов COMSOL Multyphysics и Solid Works Flow simulation, а также проведена верификация результатов на исследовательском стенде «Однопетлевая модель ЯЭУ». В результате проделанной работы было получено распределение температур в характерных областях однопетлевой модели смешения (кольцевой зазор, нижняя камера, дырчатый лист, имитатор активной зоны), а также эмпирическая зависимость с достаточной степенью точности описывающая процессы смешения. В дальнейшем эмпирическая модель будет дальше уточняться, с целью создания универсальной зависимости высокой точности для прогнозирования процессов смешения.

1. Рябов А.А., Скибин А.П., Волков В.Ю., Голибродо Л.А., Крутиков А.А., Кудрявцев О.В. Создание цифрового двойника АЭС на основе вычислительной теплогидравлики. CAD/cam/cae Observer. 2018;7(123):41-45.

2. 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;(5):1-

3. Большухин М.А., Будников А.В., Фомичев В.И., Свешников Д.Н., Романов Р.И. Актуальные вопросы развития экспериментальной базы данных для верификации CFD программ при их использовании в атомной энергетике. Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2013;2(99):117- 125.

4. Krapivtsev V.G., Solonin V.I. Model Studies of Interloop Coolant Mixing in VVER-1000 in-Reactor Pressure Channel. Atomic Energy. 2019;5(125):307-313.

5. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. М.: Высшая школа; 1973.

6. Алямовский А.А. и др. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб.: БХВ-Петербург; 2005.

7. Коваленко А.В. Математическое моделирование физико-химических процессов в среде Comsol Multiphysics 5.2. СПб.: Лань; 2017.

8. Advances in small modular reactor technology developments. A Supplement to: IAEA Advanced Reactors Information System (ARIS). Austria: IAEA; 2018.

9. Сатаев А.А., Дунцев А.В., Воробьев Д.А., Красавин Н.А. Исследование процессов смешения неизотермических потоков на однопетлевой модели реакторной установки. Современные наукоемкие технологии. 2018;(3):96-101. Доступно по: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=36943 (дата обращения: 09.03.2020).

10. Сатаев А.А., Дунцев А.В. Исследование процессов смешения неизотермических потоков на модели судовой ядерной энергетической установки. Вестник ИГЭУ. 2018;(5):26-32. Доступно по: http://vestnik.ispu.ru/ru/node/729 (дата обращения: 09.03.2020).