Оценка влияния внешней динамической силы на смешение неизотермических потоков в реакторной установке
А. Березин, А. Сатаев, О. Хвойнов, А. Дунцев
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 5, сс. 5—11
Скачать PDF
Состояние вопроса. На сегодняшний день одной из основных задач является повышение безопасности ядерных энергетических установок. Выявить возможные недостатки реакторной установки можно созданием моделей-прототипов, натурных, либо масштабных, для проведения на них испытаний. Возникает острая потребность в создании моделей для более детального исследования некоторых сложных процессов (смешение потоков, тепломассоперенос, смешения потоков под действием динамических сил). Так, например, негативное влияние этих процессов на реакторную установку приводит к сложности создания естественной циркуляции теплоносителя во всех режимах работы, что значительно повышает безопасность реакторной установки. На современных ядерных энергетических установках это не достигнуто и нивелируется большими коэффициентами запаса. Цель данной работы – оценка влияния внешних динамических сил на процессы смешения неизотермических потоков в имитаторе активной зоны применительно к исследовательскому стенду «Однопетлевая модель РУ».
Материалы и методы. Для исследовательского стенда была сконструирована качающаяся платформа, имитирующая внешние динамические силы. Основной метод получения экспериментальных данных – прямое послойное температурное зондирование. Построена простейшая одномерная математическая модель, описывающая данные процессы, основанная на втором законе Ньютона. Адекватность выбора модели подтверждается верификацией с экспериментом.
Результаты. Построены графики температурных фронтов для экспериментальной модели, а также графическая визуализация температурного поля теплоносителя на входе/выходе в модель для динамического режима. Получено математическое уравнение, описывающее влияние внешних динамических сил на длину пути смешения по Прандтлю для одномерного приближения.
Выводы. На основании анализа полученных результатов сделан вывод о том, что внешняя динамическая сила оказывает отрицательное влияние на смешение неизотермических потоков. Происходит изменение длины пути смешения в сравнении со стационарным режимом в среднем на 5–10 %, что при переносе на реальную ядерную энергетическую установку может существенно сказаться на естественной циркуляции теплоносителя и потребует учета при проектировании в виде поправочных коэффициентов.
1. Кудинович И.В. Обоснование ядерной и радиационной безопасности атомного судна при внешних воздействиях // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2019. – 1(387). – С. 131–142.
2. Результаты исследований при эксплуатации наземных стендов-прототипов по обоснованию и повышению радиационной безопасности транспортных ЯЭУ / Н.Г. Андреев, В.Н. Вавилкин, С.П. Довбуш и др. // Технологии обеспечения жизненного цикла. – 2018. – № 4(14). – С. 20–29.
3. Исследование процессов смешения неизотермических потоков на однопетлевой модели реакторной установки / А.А. Сатаев, А.В. Дунцев, Д.А. Воробьев, Н.А. Красавин // Современные наукоемкие технологии. – 2018. – № 3. – С. 96–101 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36943
4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – 7-е изд. – М.: Дрофа, 2003. – 840 с.
5. 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.
6. Благовещенский А.Я., Бор С.М., Митюков В.Н. Корабельные ядерные энергетические технологии в решении проблем надежности, безопасности и живучести АЭС России // Научно-технический сборник «Технологии обеспечения жизненного цикла ЯЭУ». – Сосновый Бор: НИТИ им. А.П. Александрова, 2015. – С. 24–37.
7. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. – 6-е изд. – М.: Физматлит, 2015. – 728 с.
8. 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 НГТУ. – 2015. – № 1. – С. 139–145.
9. Логинова С.С. Исследование устойчивости контура естественной циркуляции теплоносителя // Вестник науки и образования. – 2017. – № 7(31). – С. 5–7.