Гидродинамика турбулентного течения теплоносителя на выходе тепловыделяющей сборки реактора РИТМ атомной станции малой мощности

УДК: 621.039

Приведены результаты экспериментального изучения и сравнительного анализа гидродинамики теплоносителя на выходе тепловыделяющей сборки (ТВС) с головками трех различных конструкций. ТВС предназначены для активной зоны реактора РИТМ атомной станции малой мощности (АСММ). Целью работы являлось изучение осевой скорости потока на выходе из пучка твэлов и за головками разной конструкции, а также определение областей пучка твэлов, из которых возможно попадание потока в трубу отбора к термометру сопротивления (ТСП). Эксперименты проводились на исследовательском стенде с воздушной рабочей средой на модели выходного участка ТВС. Модель состояла из фрагмента пучка твэлов, сменных макетов головок трех вариантов конструкции, а также макетов плиты под установку ТВС и трубы отбора теплоносителя к ТСП. Пневмометрический метод использовался для определения осевой скорости потока. Метод впрыска контрастной примеси применялся для выявления областей пучка твэлов, из которых возможно попадание потока в трубу отбора к ТСП. Гидродинамическая картина течения потока представлена картограммами осевой скорости и контрастной примеси. Результаты экспериментов позволили детализировать структуру течения турбулентного потока и сделать следующие выводы. Форма проходного сечения конфузора головок незначительно влияет на осевой поток уже перед выходной дистанционирующей решеткой. Значительное же влияние геометрии проточной части головок проявляется при истечении потока из пучка твэлов. Форма проходного сечения конфузора и геометрия проточной части головок оказывают значительное влияние на величину осевой скорости и структуру потока. Наибольший вклад в изменение осевой скорости вносит уменьшение площади проходного сечения головок. Неоднородность структуры потоков из окон головок определяется трубой отбора, которая перекрывает часть проходного сечения. Поток, истекающий из головки с тремя окнами, наиболее неоднороден. При течении потока в конфузорах головок фиксируется процесс его перемешивания, выраженный смещением примеси в направлении трубы отбора. Наибольшее поперечное смещение примеси происходит в конфузоре головки с тремя окнами. Для минимизации влияния потоков с разной температурой на показания ТСП необходимо использовать головки с тремя окнами. Результаты исследований использованы специалистами АО «ОКБМ Африкантов» для обоснования инженерных решений при проектировании активных зон.

Ссылки

Петрунин В.В. Реакторные установки для атомных станций малой мощности. Вестник Российской академии наук. 2021;91(6):528–540. DOI: https://doi.org/10.31857/S0869587321050182
Беляев В.М., Большухин М.А., Пахомов А.Н., Хизбуллин А.М., Лепехин А.Н., Полуничев В.И., Вешняков К.Б., Соколов А.Н., Турусов А.Ю. Опыт создания первой в мире плавучей АЭС. Направления дальнейшего развития. Атомная энергия. 2020;129(1):37–43. URL: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/3201 (дата обращения 20.11.2025).
Петрунин В.В., Шешина Н.В., Фатеев С.А., Кураченков А.В., Щекин Д.В., Брыкалов С.М., Безруков А.А. Научно-технические аспекты создания инновационной реакторной установки РИТМ-200Н для АСММ. Атомная энергия. 2023;134(12):3–11. URL: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/5265 (дата обращения 20.11.2025).
Самойлов О.Б., Романов А.И., Галицких В.Ю., Захарычев А.А., Морозов О.А., Митрофанов А.В., Силаев В.Ю. Анализ опыта эксплуатации активных зон атомных ледоколов первого поколения. База данных в обоснование и развитие новых атомных ледоколов и плавучих энергоблоков. Технологии обеспечения жизненного цикла ядерных энергетических установок. 2023;3(33):16–24.
Зверев Д.Л., Фадеев Ю.П., Пахомов А.Н., Галицких В.Ю., Полуничев В.И., Вешняков К.Б., Кабин С.В., Турусов А.Ю. Реакторные установки для атомных ледоколов. Опыт создания и современное состояние. Атомная энергия. 2020;129(1):29–37. URL: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/3200 (дата обращения 20.11.2025).
Романов А.И., Папотин В.Ю., Тутуркин М.Ю. Разработка активных зон для АСММ и ПЭБ. Текущее состояние и направления развития. ВАНТ. Сер.: Материаловедение и новые материалы. 2023;5:86–111.
Зверев Д.Л., Самойлов О.Б., Морозов О.А., Захарычев А.А., Силаев В.Ю., Матяш П.Б., Вишнев А.Ю., Кашка М.М., Дарбинян О.Э. Активные зоны действующих атомных ледоколов. Судостроение. 2020;1:13–16.
Кулаков Г.В., Ватулин А.В., Ершов С.А., Коновалов Ю.В., Морозов А.В., Савченко А.М., Сорокин В.И., Романов А.И., Морозов О.А., Шишин В.Ю., Шельдяков А.А. Разработка топлива для атомных станций малой мощности и плавучих энергоблоков, состояние и перспективы. ВАНТ. Сер.: Материаловедение и новые материалы. 2020;1:116–128.
Захарычев А.А., Иксанова Г.Ш., Куприянов А.В., Осин А.Б., Петрунин В.В., Самойлов О.Б., Шипов Д.Л. Методические вопросы и некоторые результаты экспериментальных и расчетных исследований критических тепловых потоков в ТВС реактора РИТМ-200 для АСММ. Атомная энергия. 2021;130(2):63–68. URL: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/4266 (дата обращения 20.11.2025).
Гухман А.А. Введение в теорию подобия. М.: Высшая школа, 1973, 296 c.
Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массообмена (процессы переноса в движущейся среде). М.: Высшая школа, 1974, 328 c.
Дмитриев С.М., Герасимов А.В., Добров А.А., Доронков Д.В., Пронин А.Н., Рязанов А.В., Солнцев Д.Н., Хробостов А.Е., Носков А.С., Самойлов О.Б., Швецов Ю.К., Шипов Д.Л. Экспериментальное исследование течения потока теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР с ТВСА. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2020;4:25–36. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.4.03
Дмитриев С.М., Герасимов А.В., Добров А.А., Доронков Д.В., Пронин А.Н., Солнцев Д.Н., Хробостов А.Е., Швецов Ю.К., Шипов Д.Л. Гидродинамика и перемешивание теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР с тепловыделяющими сборками различных конструкций. Теплофизика и аэромеханика. 2019;26(6):897–912.

активная зона тепловыделяющая сборка головка труба отбора теплоноситель осевая скорость контрастная примесь

Ссылка для цитирования статьи: Дмитриев С.М., Демкина Т.Д., Добров А.А., Доронков Д.В., Пронин А.Н., Рязанов А.В., Карпухов О.О., Самойлов О.Б., Шипов Д.Л. Гидродинамика турбулентного течения теплоносителя на выходе тепловыделяющей сборки реактора РИТМ атомной станции малой мощности. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2026. – № 1. – С. 52-70. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2026.1.05 .

Открыть PDF файл