X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Моделирование механизмов смешения жидкостей различных по температурам, вязкости, химическому составу имеет важное значение в понимании процессов тепломассопереноса. Например, одной из задач является определение термоциклических пульсаций. Это нужно для оценки прочности и надежности элементов реакторной установки. Особенно важны места сварки главных патрубков и сварные швы обечаек конструкции реактора. Пульсации температур приводят к неравномерной тепловой нагрузке на металлические изделия, приводя к усталостным разрушениям, трещинам и выходу элементов оборудования из строя [1]. Вышеописанные процессы нуждаются в должной оценке, а также прогнозировании их влияния на ответственное оборудование ядерных энергетических установок. К сожалению, проводить натурные эксперименты на тех же параметрах, на которых работает оборудование подчас требует больших затрат времени и средств, а иногда это вовсе невозможно. Однако возможно использование современных компьютерных программ и комплексов.

В настоящее время с интенсивным развитием компьютерных технологий особое значение приобретает математическое моделирование различных физических процессов. В задачах тепло- и массобмена численный эксперимент приобрел сейчас важность сравнимую с важностью эксперимента натурного. Описание теплогидравлических процессов в оборудовании АЭС во многом схоже с описанием процессов в газовой динамике. Такая схожесть, конечно, не случайна, так как связана с подобием описываемых сплошных сред, каковыми являются одно- и двухфазные жидкости, широко применяемые в качестве теплоносителей и рабочих тел в теплоэнергетике. Исторически сложилось так, что именно в газовой динамике ранее, чем в остальных областях техники, был развит мощный математический аппарат для конструирования сложных моделей потоков, режимов обтекания, исследования температурных полей и т.д. Поэтому бурное развитие расчетно-аналитических методов в теплогидравлике часто основывалось (и в настоящее время основывается) на уже апробированных подходах и методах, полученных в газовой динамике [2]. Однако данные программные комплексы нуждаются в верификации. Подобие и возможность переноса результатов с модели на натуру является одним из основных вопросов, возникающих при проведении экспериментальных исследований на уменьшенных моделях с водой. Поэтому экспериментальные исследования на стендах с водой дают возможность проанализировать основные черты теплогидравлических процессов, протекающих в реакторе.

В данной работе нами было решено проанализировать возможные пути интенсификации процессов смешения неизотермических потоков. Для этого была использована модель для исследования этих процессов, представляющая собой кювету с организованным подводом неизотермического потока снизу модели. Визуализация этой модели выполнялась с использованием тепловизионной камеры (рис. 2, рис. 4). Для интенсификации смешения осуществлялась подача двухкомпонентного потока в модель. Для этого дополнительно использовалось тройниковое соединение для подачи двухкомпонентного потока (вода+газ (воздух, подаваемый с компрессора)). Затем полученные в ходе выполнения экспериментов граничные и начальные условия натурной модели были использованы для визуализации в программном комплексе Solid Works Flowsimulation. Комплекс Solid Works Simulation – CAE‐модуль, основанный на методе конечных элементов и предназначенный для проведения различных видов анализа. Полученные результаты показаны на рис. 1, рис. 3.

При анализе полученных результатов видно, что данные тепловизионной съемки, полученной в ходе эксперимента, согласуются с данными расчета в комплексе Solid Works Simulation. Подача в модель двухкомпонентного потока (вода+газ) снижает градиент температур (разность минимальной и максимальной температур вдоль области смешения), а также общую неоднородность картины смешения, по сравнению с подобным экспериментом впрыска однокомпонентного потока.

Рис. 1 Визуализация модели в комплексе Рис. 2. Тепловизионная съемка модели

Solid Works Flowsimulation. (однокомпонентный поток).

Рис. 3 Визуализация модели (с добавкой газа в поток) Рис. 4. Тепловизионная съемка модели

в комплексе Solid Works Flowsimulation. (с добавкой газа в поток) (повернуто).

Литература

[1] Сатаев А.А., Дунцев А.В. «Исследование процессов смешения неизотермических потоков оборудования ядерных энергетических установок», Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VIII Международной научно-технической конференции, 02-06 октября 2017, Самара.

[2] Зенов В.М. Введение в моделирование и анализ переходных процессов в РУ АЭС с ВВЭР, учебное пособие, Севастопольский национальный институт ядерной энергии и промышленности, г. Севастополь, 2002.

Код для цитирования: Скопировать