Разработка и верификация CFD-модели печи карботермического синтеза нитридов урана и плутония

05.12.2019 2019 - №04 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

Р.Н. Шамсутдинов С.В. Павлов А.Ю. Лещенко

https://doi.org/10.26583/npe.2019.4.11

Ретортная садочная печь для карботермического синтеза нитридов урана и плутония является составной частью цепочки оборудования модуля фабрикации (рефабрикации) (МФР) смешанного нитридного уран-плутониевого (СНУП) топлива опытно-демонстрационного энергетического комплекса (ОДЭК). Для проверки реализуемости заданных теплофизических режимов работы печи (скорость нагрева и охлаждения, температура на загруженном в печь продукте) была создана CFD-модель печи в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation. Выполнена верификация разработанной CFD-модели и подтверждена ее адекватность на основании экспериментальных данных, полученных при испытаниях печи в рабочем режиме. Относительное отклонение расчетных значений температуры загруженного продукта от экспериментальных значений в процессе изотермической выдержки не превышает 0,7%.

Расчетные оценки значений температуры загруженного продукта, полученные с помощью созданной CFD-модели, были использованы для обоснования принятых конструкторских решений в печи карботермического синтеза нитридов урана и плутония. CFD-модель может быть использована для выбора режима эксплуатации печи путем подбора значений расхода газов, подаваемых в ретортное и заретортное пространство, температуры нагревателей, скорости нагрева и охлаждения загруженного в печь продукта.

Ссылки

1. Spalart P.R., Venkatakrishnan V. On the role and challenges of CFD in the aerospace industry. // The Aeronautical Journal. – 2016. – Vol. 120. – No. 1223. – PP. 209-232.
2. Raynal L., Augier F., BazerBachi F., Haroun Y., Pereira da Fonte C. CFD applied to process development in the oil and gas industry. // Oil&Gas Science and Technology. – 2016. – Vol. 71. – No 3. – PP. 1-24.
3. Mizzi K., Kellett P., Demirel Y.K., Martin R., Turan O. HPC and CFD in the marine industry: past, present and future. / Proc. of the IIIrd Intern. Conf. on Exascale Applications and Software. – Edinburgh, 2015. – PP. 92–97.
4. Joshi J., Nayak A. Advances of computational fluid dynamics in nuclear reactor design and safety assessment. – Duxford, United Kingdom: Woodhead Publ., 2019. – 888 p.
5. Besagni G., Mereu R., Inzoli F. CFD study of ejector flow behavior in a blast furnace gas galvanizing plant. // Journal of Thermal Science. – 2015. – Vol. 24. – No. 1. – PP. 58–66.
6. Wang X., Li Y. A comprehensive 3D mathematical model of the electroslag remelting process. / / Metallurgical and Materials Transactions B. – 2015. – Vol. 46. – No. 4. – PP. 1837-1849.
7. Thompson JS., Walton S., Hassan S., Rolland SA., Sienz J. The use of CFD and multi-objective optimization techniques to customise an industrial pre-mixer. // Structural and Multisiciplinary Optimization. – 2017. – Vol. 55. – No. 6. – PP. 2339-2351.
8. IAEA-TECDOC-1379. Use of computational fluid dynamics codes for safety analysis of nuclear reactor systems. – 2002. – PP. 1-50.
9. Mahaffy J. Best Practice Guidelines for the Use of CFD in Nuclear Reactor Safety Applications. – NEA-CSNI-R-2014-11, Nuclear Energy Agency of the OECD (NEA), 2015.
10. Smith B.L. Assessment of CFD Codes for Nuclear Reactor Safety Problems. – NEA-CSNI-R-2014-12, Nuclear Energy Agency of the OECD (NEA), 2015.
11. Bestion D. Extension of CFD Codes Application to Two-Phase Flow Safety Problems – NEA-CSNI-R-2014-13, Nuclear Energy Agency of the OECD (NEA), 2014.
12. Быков М.А., Курносов М.М. Работы АО ОКБ «Гидропресс» по реализации инвестиционного проекта НИОКР «Внедрение CFD-методов для поддержки проектирования и обоснования проектов». Задачи, состав и ход выполнения. / Сб. тез. научно-техн. семинара «Проблема верификации и применения CFD-кодов в атомной энергетике». – Нижний Новгород: ОАО «ОКБМ Африкантов», 2018. – С. 5-16.
13. Алямовский А.А., Собачкин А.А., Одинцов Е.В., Харитонович А.И., Пономарев Н.Б. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.
14. Смирнов В.П., Павлов С.В., Иванов Д.В., Шамсутдинов Р.Н., Инютин Н.В., Сидоренко Д.М., Солопеко А.В., Сайфутдинов С.Ю., Давыдов А.В., Чамовских Ю.В., Сергеев Н.Г., Зозу ля Д.В. Установка карботермического синтеза нитридов для производства смешанного нитридного уран-плутониевого топлива. // Атомная энергия. – 2018. – Т. 125. – Вып. 5. – С. 284-287.
15. Sobachkin A., Dumnov G. Numerical Basis of CAD-Embedded CFD. – Dassault Systems, 2014. – PP. 1-19.
16. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. – La Canada, California: DCW Industries, Inc. – 1998. – 460 p.
17. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. – М.: Атомиздат, 1968. – 485 с.
18. Roache P.J. Fundamentals of computational fluid dynamics. – Albuquerque, New Mexico: Hermosa Publ., 1998. – 648 p.
19. Hirsch C. Numerical computation of internal and external flows. Vol. 1. – Chichester: John Wiley&Sons Ltd, 1991. – 538 p.
20. Patankar S.V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. – Washington: Hemisphere, 1980. – 197 p.
21. Saad Y. Iterative Methods for Sparse Linear Systems. – Boston: PWS Publ., 1996. – 184 p.

CFD-модель СНУП-топливо SolidWorks Flow Simulation печь карботермический синтез математическая модель сеточная модель

Ссылка для цитирования статьи: Шамсутдинов Р.Н., Павлов С.В., Лещенко А.Ю. Разработка и верификация CFD-модели печи карботермического синтеза нитридов урана и плутония. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 4. – С. 130-141. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.4.11 .