Комплекс трехмерного расчета выходных характеристик одноэлементного электрогенерирующего канала термоэмиссионных ЯЭУ различного назначения

21.06.2017 2017 - №02 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

М.А. Полоус Д.И. Соловьев В.И. Ярыгин

https://doi.org/10.26583/npe.2017.2.08

В обеспечение государственных программ освоения арктического региона России кооперацией предприятий ГК «Росатом» ведутся НИОКР по созданию линейки автономных атомных электростанций малой мощности (АСММ) до 1 МВтэл. Для снабжения теплом и электричеством потребителей в интервале установленной электрической мощности 10 – 100 кВтэл наиболее привлекательными являются АСММ прямого преобразования энергии с внутризонной термоэмиссионной системой как обладающие высокой автономностью, компактностью и простотой в обслуживании. Важнейшими составными элементами термоэмиссионной ЯЭУ являются электрогенерирующие каналы (ЭГК), в которых конструктивно объединены тепловыделяющие и электрогенерирующие элементы. Экспериментальные исследования и испытания термоэмиссионных установок являются сложными и дорогостоящими,поэтому значительное место в проектировании термоэмиссионных ЯЭУ занимает математическое моделирование физических процессов, протекающих в ЭГК. В работе рассмотрены результаты трехмерного численного моделирования тепловых и электрических характеристик одноэлементного ЭГК для термоэмиссионной ЯЭУ в составе одного из возможных исполнений АСММ, полученные с помощью методики, разработанной на базе современного программного кода COMSOL Multiphysics и названной авторами COMSOL-ЭГК-SC. Сформулированы исходные данные для расчета одноэлементного ЭГК, описаны этапы разработки математической модели ЭГК в программной среде COMSOL-ЭГК-SC, приведены полученные результаты численного расчета тепловых и электрических характеристик с использованием экспериментальных баз данных о вольтамперных характеристиках (ВАХ) термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) и результатов нейтронно-физического расчета возможной структуры активной зоны термоэмиссионной ЯЭУ в составе АСММ.

Ссылки

1. Ярыгин В.И., Ружников В.А., Синявский В.В. Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии. / Монография. – М: НИЯУ МИФИ, 2016. – 364 с.
2. Романов А.В. Теория комплексной оптимизации проектирования космических аппаратов с ядерными термоэмиссионными энергетическими установками. / Под ред. Б.И. Полетаева, А.П. Ковалева. – СПб: ООО «НПО «Профессионал», 2010. – С. 15-95, 238-260.
3. Андреев П.В., Гулевич А.В., Зарицкий Г.А., Легостаев В.П., Никонов А.М., Овчаренко М.К., Пышко А.П., Синявский В.В., Ярыгин В.И. Физико-технические возможности термоэмиссии для современных проектов создания КЯЭУ субмегаваттного класса. / Международная конференция «Ядерные и инновационные технологии для космоса» (NETS-2012), секция 2 «Ядерная энергетика и двигатели», 2012.
4. Стратегия развития арктической зоны Российской Федерации и обеспечение национальной безопасности на период до 2020 года. / Указ Президента Российской Федерации от 20.02.2013. – Электронный ресурс: http://www.government.ru/info/18360/. Дата обращения: 01.09.2016.
5. Государственная программа социально-экономического развития арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года. / Постановление от 21.04.2014 №366. – Электронный ресурс: http://www.government.ru/docs/11967/. Дата обращения: 01.09.2016.
6. Росатом предложил производить реакторы, не требующие постоянного персонала. / РИА Новости от 10.06.2016. – URL: http://www.vpk.name/news/. Дата обращения: 01.09.2016.
7. Лазаренко Г.Э., Ярыгин В.И., Пышко А.П. Автономная ядерная энергетическая установка электро- и теплоснабжения прямого преобразования тепловой энергии в электричество. / Сб. докл. Международной научно-практической конференции «Малая энергетика – 2006». Москва, 2006. – С. 68-70.
8. Кухарчук О.Ф., Ярыгин В.И., Выбыванец В.И. Атомная станция малой мощности АСММ 10/100 кВтэл в северном исполнении на основе термоэмиссионной ЯЭУ. / В трудах круглого стола Международного форума «Армия-2015», КВЦ «Патриот», Московская обл., пос. Кубинка, 2015.
9. Грязнов Г.М., Пупко В.Я. «Топаз-1». Советская космическая ядерно-энергетическая установка // Природа. – 1991. – Вып. 10. – С. 29-36.
10. Кухаркин Н.Е., Пономарев0Степной Н.Н., Усов В.А. Космическая ядерная энергетика (ядерные реакторы с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием – «Ромашка» и «Енисей») / Под ред. акад. РАН Н.Н. Пономарева-Степного – М.: ИздАт, 2008. – 146 с.
11. Гонтарь А.С., Еремин С.А., Лапочкин Н.В. Усовершенствованный одноэлементный электрогенерирующий канал для термоэмиссионной ЯЭУ повышенной мощности. / Сб. докл. Международной конференции «Ядерная энергетика в космосе – 2005», Москва-Подольск, 2005. – Т.2. – С. 279-283.
12. Официальный сайт производителя «Comsol Multiphysics». Электронный ресурс: http://www.comsol.com/. Дата обращения: 01.09.2016.
13. Полоус М.А., Ярыгин В.И., Виноградов Е.Г. Программный комплекс для трехмерного численного расчета тепловых и электрических характеристик многоэлементного электрогенерирующего канала термоэмиссионной ЯЭУ. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2012. – № 2. – С. 151-160.
14. Соловьев Д.И., Полоус М.А. Программный код COMSOL-ЭГК-SC для трехмерного расчета электротеплофизических характеристик одноэлементного электрогенерирующего канала термоэмиссионной ЯЭУ в составе атомной станции малой мощности. / Тезисы доклада на Российской конференции молодых ученых, специалистов, аспирантов, студентов «Атомные электростанции сверхмалой мощности для прикладных и учебных целей» – Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2016. – С. 39-41.
15. Полоус М.А., Ярыгин В.И. Методика трехмерного расчета выходных характеристик экспериментального термоэмиссионного преобразователя // Научнотехнический вестник Поволжья. – 2012. – № 2.
16. Полоус М.А., Алексеев П.А., Ехлаков И.А. Современные расчетные технологии обоснования характеристик ЯЭДУ в проектных работах создания термоэмиссионных КЯЭУ нового поколения // Электронный журнал «Труды МАИ». – 2013. – № 68.
17. Ярыгин В.И. Физические основы термоэмиссионного преобразования энергии. Ч.1. Введение в специальность. / Учебное пособие. Обнинск: ИАТЭ, 2006, 104 с.
18. Виноградов Е.Г., Миронов В.С., Смольникова Г.И. Банк данных вольтамперных характеристик термоэмиссионного преобразователя // Атомная энергия. – 2000. – Т. 89. – Вып. 1. – С. 71-74.
19. Ярыгин В.И. Электродные материалы для энергонапряженных электрогенерирующих каналов термоэмиссионного реактора-преобразователя. // Ракетно-космическая техника, серия XII. – 1998. – Вып. 1-2. – С. 105-115.
20. Виноградов Е.Г., Линник В.А., Лазаренко Д.Г. Методика расчета вольтамперных характеристик термоэмиссионных ЭГК сложной геометрии // Атомная энергия. – 2009. – Т. 106. – Вып. 5. – С. 257-262.

термоэмиссионная ЯЭУ одноэлементный электрогенерирующий канал конечно-элементный анализ трехмерное численное моделирование

Ссылка для цитирования статьи: Полоус М.А., Соловьев Д.И., Ярыгин В.И. Комплекс трехмерного расчета выходных характеристик одноэлементного электрогенерирующего канала термоэмиссионных ЯЭУ различного назначения. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – № 2. – С. 81-92. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.2.08 .