При эксплуатации реакторных установок имеют место процессы смешения потоков теплоносителя с разными физическими свойствами. Локальные отклонения параметров от нормальных могут приводить к реактивностным, теплотехническим нарушениям нормальной эксплуатации. Процессы, протекающие при отклонении параметров теплоносителя от допустимых значений, нуждаются в описании при помощи CFD-кодов, которые должны проходить процедуру верификации на основе представительных экспериментальных данных. Прикладные исследования процессов смешения, пригодные для верификации, обусловливают применение в экспериментах современных и достоверных методов детектирования. К их числу относится кондуктометрический метод с использованием пространственного датчика. По данному научному направлению решаются следующие задачи:
- исследование процессов турбулентного смешения потоков теплоносителя в полях внешних массовых сил;
- создание базы данных высокоточных экспериментальных данных процессов смешения потоков теплоносителя в основном оборудовании ЯЭУ;
- проверка и уточнение физической модели, заложенной в расчётные коды (порядок влияния отдельных физических характеристик на процессы смешения, критерии определения минимально необходимой размерности расчётных сеток);
- определение масштабируемости результатов CFD-расчёта на натурную установку.
Современный уровень вычислительной техники, программного обеспечения, наличие суперкомпьютеров или удаленного доступа к их ресурсам позволяет проектным и конструкторским организациям постепенно переходить к численному моделированию происходящих в оборудовании процессов при разработке новых решений. Расширение возможностей трехмерных кодов позволит значительно сократить проведение дорогостоящего экспериментального обоснования работоспособности проектируемых изделий. Применение численного моделирования вместо натурных испытаний приведет к уменьшению трудозатрат, стоимости и сроков выполнения проектных работ, а, следовательно, и положительно скажется на конечной стоимости производимой продукции.
Несмотря на то, что текущий уровень развития вычислительных технологий и математического описания процессов находится на высоком уровне, этого недостаточно для полного отказа от проведения экспериментальных работ в области атомного машиностроения. Физический эксперимент остаётся весьма актуальным и востребованным, хотя его роль смещается в сторону получения высокоточной базы данных для валидации расчётных программ и настройки эмпирических коэффициентов, входящих в математические модели.
В рамках выполнения прикладных научных исследований в НИЛ ТГ ЯЭУ проводится верификация и валидация трехмерных вычислительных кодов, необходимых для обоснования сложных технических решений при проектировании оборудования предприятиями атомной отрасли.
Полученные результаты позволяют проанализировать влияние конструктивных особенностей оборудования на эффективность его работы с точки зрения гидродинамики и теплообмена, определить проблемные места и предложить рекомендации по оптимизации и доработке конструкции, что позволит сократить сроки проектирования оборудования и увеличить эффективность и назначенный ресурс оборудования перспективных ЯЭУ.