Российские ученые совместно с зарубежными коллегами разработали эффективный метод расчета тепловых режимов для будущих ядерных реакторов на жидком топливе. Этот подход позволит инженерам более точно прогнозировать тепловое состояние двухжидкостных реакторов в режиме естественной циркуляции.
Полученные данные станут основой для проектирования систем аварийного охлаждения для двухжидкостных ядерных реакторов четвертого поколения. Такие установки являются перспективным решением для замыкания ядерного топливного цикла, что позволяет многократно использовать уран и снижать объем радиоактивных отходов.
Исследователи из МФТИ отмечают, что в разрабатываемых реакторах планируется использовать жидкое топливо, состоящее из сплава хрома и урана, вместо традиционных твердых тепловыделяющих элементов. Этот расплав циркулирует по специальному контуру, который охлаждается с помощью второго набора протоков, заполненных расплавленным свинцом.
Данный метод позволяет увеличить КПД ядерного реактора на треть по сравнению с традиционными водо-водяными реакторами и обеспечивает непрерывную переработку топлива. Однако для реализации таких реакторов необходимо решить ряд сложных математических задач, связанных с тем, что жидкое топливо передает тепло иначе, чем вода или воздух, что не учитывается в существующих моделях турбулентности.
«Это вызывало неопределенность относительно возможности применения моделей турбулентности к жидким металлам на основе урана. Ошибки в расчетах температуры могут привести к недооценке тепловых нагрузок или чрезмерно консервативному проектированию. В таких случаях особенно важно точно знать распределение температуры для надежной работы систем безопасности», – пояснил Константин Сергеенко, научный сотрудник МФТИ.
Исследователи создали компьютерную модель экспериментального реактора DFR и с помощью суперкомпьютера рассчитали движение ядерного топлива и его температуру при обтекании теплообменных стержней. Полученные результаты были сопоставлены с прогнозами двух моделей турбулентности: сложной модели RSM GBSL и упрощенной модели k‑omega‑SST.
Анализ показал, что модель k‑omega‑SST лучше справляется с этой задачей. Эти расчеты также позволили ученым оценить точность прогнозов модели при различных параметрах моделирования. В будущем это даст возможность разработчикам реакторов использовать упрощенные модели в проверенных режимах, обеспечивая точные прогнозы температуры без дорогостоящего суперкомпьютерного моделирования, заключили физики.
Источник: ТАСС
распечатать статью