информацияenglish
Материалы конференции

Дмитриев С.М. Легчанов М.А. Хробостов А.Е. Большухин М.А. Будников А.В. Патрушев Д.Н. Баринов А.А. Главный В.Г.

Расчетно-экспериментальное моделирование процессов смешения внутриреакторных потоков теплоносителя в крупномасштабной модели корпуса реактора

Процессы смешения потоков теплоносителя с различными физическими свойствами (температурами, концентрациями растворенных примесей и пр.) имеют большое значение при обосновании современных конструкций водо-водяных реакторов. Исследование характеристик смешения потоков в опускной и нижней напорной камерах реактора может проводиться при помощи трехмерных теплогидравлических CFD-программ, требующих верификации на основе представительных экспериментальных данных.

С целью проведения крупномасштабных экспериментальных исследований в НГТУ им. Р.Е. Алексеева создан верификационный стенд по смешению неизотермических потоков в камере смешения водо-водяного реактора. Стенд выполнен по схеме, позволяющей организовать замкнутые и разомкнутые режимы пролива экспериментальных моделей различной конструкции и размеров. Оборудование стенда позволяет создать режимы ламинарного и турбулентного течения при различной температуре, расходах и концентрации примесей в потоке теплоносителя. Моделирование может осуществляться при следующих параметрах потоков теплоносителя: давление до 2 МПа, температура – до 180 оС, расходы – до 200 м3/час, суммарная мощность потребителей стенда – 1 МВт эл., внешний диаметр экспериментальной модели – до 1,5 м.

Стенд введен в эксплуатацию, выполнены первичные эксперименты по смешению турбулентных потоков с различной концентрацией растворенной примеси на низких уровнях температуры. В качестве исследовательской измерительной системы применялась система пространственных кондуктометрических датчиков сетчатой и стержневой конструкции разработки ИТ СО РАН им. С.С. Кутателадзе, установленных в опускной кольцевой камере смешения, а также на входе и выходе каналов-имитаторов активной зоны модели. Анализ результатов экспериментов позволил получить данные о степени закрутки потока при движении в кольцевой камере модели, неравномерности полей концентрации по входу и выходу активной зоны, провести статистический и спектральный анализ реализаций измерительного сигнала с целью определения характеристик вихревых структур в потоке теплоносителя. Проведен анализ повторяемости эксперимента, установлены зависимости характеристик процесса смешения от числа Рейнольдса при вариации расходов в модели.

Сотрудниками АО «ОКБМ Африкантов» проведены претестовые и посттестовые CFD-расчеты в постановке эксперимента, получены оценки качественного и количественного согласия с экспериментальными данными. Исследована зависимость результатов при расчетах на различных сеточных моделях, показана динамика размытия потока с избыточной концентрацией растворенной примеси. Расчеты проводились для расширенной матрицы режимов течения при вариации скорости, вязкости потока в модели и условий подвода потоков.

Экспериментальные реализации измерительного сигнала положены в основу создания верификационной базы данных по смешению потоков в крупномасштабных экспериментальных моделях водо-водяных реакторов. В ходе дальнейших работ предполагается исследование влияния различных параметров потока (вязкости, плотности, гидравлического диаметра) и особенностей конструкции на процессы смешения внутриреакторных потоков теплоносителя с целью апробации подходов к масштабированию сеточных моделей CFD программ при переходе от расчетов экспериментальных стендов к натурным режимным и геометрическим параметрам ядерной установки.

Полная версия (русский)