Исследование процессов смешения неизотермических потоков на модели судовой ядерной энергетической установки
А.А. Сатаев, А.В. Дунцев
Вестник ИГЭУ, 2018 г. выпуск 5, сс. 26—32
Скачать PDF
Состояние вопроса. На сегодняшний день исследование процессов смешения потоков водяного теплоносителя является актуальной задачей для ядерной энергетики. Ведущие научные группы на экспериментальных установках ROCOM (Германия), Vattenfall (США), Fortum PTS (Финляндия), ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» (Россия) занимаются исследованием этих процессов. Интерес к этим исследованиям связан с появлением новых расчетных кодов, которые позволяют моделировать эти процессы, однако они нуждаются в верификации. В связи с этим актуальными являются исследования процессов смешения применительно к модели (одной петле) реакторной установки, а также исследования воздействия на эти процессы внешних динамических сил.
Методы и материалы. Для исследования процессов смешения предложена однопетлевая экспериментальная модель, которая представляет собой имитацию одной замкнутой циркуляционной петли ядерной энергетической установки. Основное отличие от известных моделей заключается в способе измерения, который основан на прямом температурном зондировании области смешения, а также в возможности проведения исследования в динамических режимах, аналогов которых в открытых источниках не имеется.
Результаты. Построены распределения температур вдоль области смешения для неизотермических потоков с градиентом 10, 20, 30, 40 оС для статического и динамического режимов. Определены области расположения турбулентных вихрей, застойные зоны. Выявлено, что для динамического режима при воздействии на модель периодических колебаний с амплитудой 30 о наблюдается увеличение времени наступления установившегося режима. Установлена корреляция температурных пульсаций и периодических колебаний.
Выводы. Однопетлевая модель исследования процессов смешения неизотермических потоков позволяет оценить неоднородности и застойные области, имеющие место при прохождении потоком имитации выемного блока как в статическом, так и в динамическом режимах. Накопленный большой объем экспериментальных данных возможно использовать при верификации CFD-программ, поиске путей интенсификации этих процессов в задачах проектирования и конструирования современных судовых реакторных установок.
- Основное оборудование АЭС с корпусными реакторами на тепловых нейтронах / С.М. Дмитриев, Д.Л. Зверев, О.А. Бых и др. – М.: Машиностроение, 2013.
- Методологические основы CFD-расчетов для поддержки проектирования пневмогидравлических систем / О.В. Белова, В.Ю. Волков, А.П. Скибин и др. // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2013. – № 5. URL:http://engjournal.ru/catalog/ machin/vacuum/763.html
- Внедрение метода матричной кондуктометрии в исследование гидродинамических процессов течения теплоносителя в оборудовании ЯЭУ / А.А. Баринов, В.Е. Бородина, С.М. Дмитриев и др. // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. – 2015. – № 1. – С. 139–145.
- Исследование перемешивания теплоносителя в опускной камере реактора / Е.А. Лисенков, Ю.А. Безруков, В.Н. Ульяновский и др. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Обеспечение безопасности АЭС. – 2008. – № 23. – С. 3–17.
- Hоhne T., Kliem S. Coolant mixing studies of natural circulation flows at the ROCOM test facility using ANSYS ANSYS-CFX // CFD4NRS, Garching, Germany, Proceedings. – 2006. – P. 23.
- Хлопкин Н.С. Морская атомная энергетика: учеб. пособие. – М.: МИФИ, 2007.
- Сатаев А.А., Дунцев А.В. Моделирование процессов смешения неизотермических потоков оборудования ядерных энергетических установок: сб. докл. XIII Междунар. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых «Энергия 2018». – Иваново, 2018.
- Актуальные вопросы развития экспериментальной базы данных для верификации CFD программ при их использовании в атомной энергетике / М.А. Большухин, А.В. Будников, В.И. Фомичев и др. // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. – 2013. – № 2(99). – С. 117–125.