О деятельности

Теплофизика

Развит новый статистический метод моделирования бинарной дисперсии и кластеризации инерционных частиц в однородной изотропной турбулентности. Метод основан на получении кинетического уравнения для двухточечной функции плотности вероятности (ФПВ) относительной скорости пары частиц. Он описывает аккумулирование частиц в результате их взаимодействия с турбулентными вихрями. На основе полученного кинетического уравнения для двухточечной ФПВ предложена статистическая модель столкновений и коагуляции частиц. Модель учитывает дополнительное увеличение ядра столкновений (коагуляции) за счет эффекта кластеризации.

Экспериментально исследована интенсификация теплообмена в закризисной зоне работы парогенерирующих труб путем нанесения на их поверхность сферических углублений. Опыты проведены при высоких (18 – 22 МПа) давлениях в условиях подъемного течения кипящей воды и пароводяной смеси. Впервые получено существенное повышение критических тепловых потоков (до 50%) и коэффициентов теплоотдачи (до 4-х кратного) при малом изменении гидравлического сопротивления. Данные по теплообмену обобщены единой расчетной формулой. Результаты представляют большой интерес для прямоточных котлов ТЭС и парогенераторов АЭС с позиций повышения их эксплуатационной надежности. (ИВТ РАН)

Создан электронный справочник ЭКСТРЕМТЕРМО по термодинамическим свойствам веществ при высоких плотностях энергии. Справочник интегрирует расчетные алгоритмы и численные данные разнообразных моделей среды вместе с большими объемами надежной экспериментальной информации. ЭКСТРЕМТЕРМО в равной степени обладает характеристиками банка данных и развитого пакета прикладных программ. (ИТЭС ОИВТ РАН)

Проведены исследования нестационарных режимов горения водородно-воздушных смесей в кумулирующих объёмах. На основе экспериментальных и расчетных данных изучена динамика зарождения и развития процесса взрыва в вершине конуса, приводящего к возникновению экстремально высоких давлений. Исследованы возможности химического подавления взрыва в условиях кумуляции в коническом объёме. Показано, что с помощью ингибитора, представляющего собой смесь пропана, бутана и пропилена, можно в 10 - 20 раз уменьшить максимальную величину давления. (ИТЭС ОИВТ РАН, ИСМАН)

Проведен параметрический численный анализ устойчивости ударной волны в термодинамически неидеальных средах с использованием модельных и реального уравнений состояния. Обнаружено, что при распаде ударной волны с образованием двухволновой структуры (ударная адиабата с изломом) или полной комбинированной волны (ударная адиабата с плавным перегибом) на замыкающей ударной волне может развиваться акустическая неустойчивость. Впервые получен и проанализирован распад ударной волны в области ее неоднозначного представления, перекрывающий на ударной адиабате участок абсолютной неустойчивости L > 1+2M. Показано, что возникающая распадная конфигурация состоит из ударной волны, волны разрежения и разделяющего их контактного разрыва. (ИТЭС ОИВТ РАН, ИАПр РАН)

Разработаны методики и программы расчета схем конверсионных ГТУ по газопаровым циклам с учетом специфики условий работы основного оборудования (турбокомпрессорной группы с "влажным" сжатием и регенеративного теплообменника с впрыском воды). Проведен параметрический анализ схем конверсионных ГТУ в характерном диапазоне параметров (_к = 625, Т_о = 10001600 К, N_э = 125 МВТ-э). Выбрана оптимальная схема газопаровой ГТУ на базе двигателя ТВЗ-117. Разработаны экспериментальные участки для проведения исследований газопаровых циклов на энергокомплексе ГТЭ-1500. (НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН)

Продолжены исследования гидродинамических и теплофизических процессов, лежащих в основе эффектов возбуждения колебаний давления в потоках несжимаемой жидкости и формирования волновых полей в продуктивных пластах, а также изучение механизма влияния различных факторов на процесс фильтрации в них при совмещении волнового, теплового и физико-химического воздействия. В результате установлена возможность достижения синергетического эффекта при совмещении различных методов воздействия и, что особенно важно - при совмещении с методами заводнения, с помощью которых добывается свыше 80 % нефти. Исследован механизм и определены условия максимального проявления синергетического эффекта. Тем самым открыта возможность коренного повышения нефтеотдачи пластов и энергосбережения.

Получены новые экспериментальные данные по пространственно-временной взаимосвязи гидродинамических и тепловых параметров в турбулентном потоке. Выполнены измерения и систематизированы экспериментальные данные по характеристикам турбулентности во внутренних дозвуковых течениях со стационарным и периодически изменяющимся градиентом давления. Выявлены закономерности корреляций локальных мгновенных гидродинамических и тепловых параметров в градиентных потоках. Полученные данные способствуют совершенствованию методов моделирования процессов в энергоустановках. (ОЭ КазНЦ РАН)

Атомная энергетика

Совместно с организациями Минатома России (Отраслевой центр по расчетным кодам, СПб Атомэнергопроект), федеральными научными центрами (ВНИИЭФ и РНЦ «Курчатовский Институт») при головной роли ИБРАЭ РАН разработан интегральный российский код РАТЕГ-СВЕЧА по анализу безопасности АЭС. Основу интегрального кода составляют программа РАТЕГ, разработанная во ВНИИЭФ и моделирующая теплогидравлические процессы, и программа СВЕЧА, разработанная в ИБРАЭ РАН, моделирующая раннюю стадию разрушения активной зоны реактора. Программа СВЕЧА включает комплекс моделей физико-химического взаимодействия материалов при разогреве активной зоны, вызванной потерей теплоносителя, модели стекания жидких компонентов и механического поведения оболочки ТВЭЛов, выхода продуктов деления. РАТЕГ-СВЕЧА используется для анализа безопасности Тяньваньской АЭС с реактором ВВЭР-1000. (ИБРАЭ РАН)

Разработан новый подход для численного моделирования процессов тепломассопереноса для анализа тяжелых аварий на АЭС, на основе которого созданы гидродинамические коды CONV2D и CONV3D, позволяющие анализировать процессы диффузии/конвекции с учетом плавления, в том числе бинарных смесей. Коды верифицированы на широкой базе экспериментальных данных. Разработаны модели формирования твердых структур на границе расплава реакторных материалов с учетом реальных фазовых диаграмм состояний, а также проведены численные расчеты по моделированию крупномасштабных экспериментов, проводимых в рамках международного проекта ОЭСР РАСПЛАВ-МАСКА по исследованию поведения прототипных материалов активной зоны на днище корпуса реактора и их

взаимодействий. Головным исполнителем проекта является ИПБЯЭ РНЦ «Курчатовский институт». Расчетно-теоретическое сопровождение экспериментальных исследований в проекте возложено на ИБРАЭ РАН.

Проведены исследования физических процессов, происходящих при повторном заливе реактора водой в условиях тяжелой аварии, разработана модель и компьютерные программы, включающие самосогласованное описание различных физических явлений. Работа проведена в тесном сотрудничестве с Исследовательским центром Карлсруэ (ФРГ, FZK, Karlsruhe). Развитая модель прошла тестирование на мелкомасштабных (один топливный стержень) экспериментах FZK. Экспериментальный цикл состоял из 28 модельных экспериментов, которые позволили всесторонне верифицировать модель и показали адекватность описания физических процессов. Дополнительно модель тестирована на крупномасштабных экспериментах FZK посредством описания физико-химического поведения центрального стержня в 20-твэльной сборке.

Для анализа безопасности захоронений долгоживущих радионуклидов в геологических формациях и, в частности, процессов их миграции в сильно неоднородных средах с полным и неполным влагонасыщением разработана новая математическая модель процессов переноса примесей в сильно неупорядоченных средах, обладающих фрактальными свойствами. Модель основана на новых эффективных численных методах решения одномерных и многомерных прямых задач дробной диффузии с дробными дисперсионными потоками и дробной производной по времени, а также использовании искусственных нейронных сетей для решения обратной задачи дробной диффузии при определении неизвестных параметров оператора дробной диффузии, характеризующих фундаментальные свойства среды захоронения, по данным натурных измерений, получаемых из трассерных экспериментов. (ИБРАЭ РАН)

Проведены исследования и конструкторские разработки по созданию перспективных блоков АЭС мощностью 1500 Мвт с числом оборотов ротора 3000 об./ мин. Определены возможности значительного увеличения размеров лопаток последних ступеней цилиндра низкого давления из титанового сплава, а также использование совмещенного цилиндра высокого и среднего давления с промежуточной сепарацией пара. Работа направлена на создание высокоэкономичной и надежной турбины большой мощности. (ВНИИАМ, ЛМЗ)

Предложена конструкция реакторной установки и технические решения по энергоблоку, обеспечивающие возможность создания конкурентоспособного быстрого натриевого реактора-размножителя для крупномасштабной ядерной энергетики, отвечающего требованиям высокой безопасности. Определены работы по совершенствованию активной зоны реактора типа БН-1800 и по созданию корпусного парогенератора с закритическими параметрами пара. (ФГУП ОКБ Машиностроения)

Разработаны критерии оценки эффективности, повышения безопасности АЭС на основе учёта удельной стоимости снижения риска. При этом учтены следующие виды риска: материальный, экономический, социальный и политический риск, а также снижение полного системного риска АЭС с ВВЭР. Разработаны методики для обоснования повышения безопасности и структурной надёжности АЭС с ВВЭР. Получена методика, позволяющая определять оптимальные параметры системы теплоснабжения от АЭС. Проведены исследования различных схем теплоснабжения с учетом удаленности теплоисточника, надежности и экологической безопасности теплоснабжения от АЭС. Выполнена оценка системной и социальной эффективности теплоснабжения от АЭС. (ОЭП СНЦ РАН)