ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Необходимым условием успешной разработки моделей и аттестации кодов нового поколения является наличие экспериментальных данных. В случае их недостаточности, необходимо проведение экспериментальных исследований, в том числе, позволяющих получать данные не только об осредненных, но и локальных характеристиках потока.

Специалисты ИБРАЭ РАН совместно с ИТ СО РАН им. С.С. Кутателадзе (г. Новосибирск) выполнили хорошо инструментированные эксперименты с целью верификации расчетных кодов, в том числе CFD, и обоснования проектных решений элементов реакторных установок с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем (ТЖМТ). Проведены экспериментальные исследования теплообмена и гидродинамики при течении жидкостей с существенно различными числами Прандтля, моделирующие течения реальных теплоносителей в элементах реакторных установок. Выполнены экспериментальные исследования по развитию свободной конвекции, проведено уточнение теплофизических свойств свинца в области высоких температур. При измерении осредненных и пульсационных характеристик полей температуры и скорости использовались оригинальные подходы к выполнению цифровой видеосъемки, использованию тепловизионной аппаратуры, микротермопарному зондированию распределения температуры в ТЖМТ.

Выполнены комплексные экспериментальные исследования течения модельного ТЖМТ в 7-стержневой модели-имитаторе ТВС с дистанционирующими решетками, максимально приближенной к геометрии ТВС РУ БРЕСТ-ОД-300:

• проведено экспериментальное исследование неоднородности распределения температуры по поперечному сечению 7-стержневой модели-имитатора ТВС при тепловыделении только на одном имитаторе твэла;
• проведены исследования эволюции температурного поля на поверхности имитатора твэла при нагреве соседнего имитатора твэла для нескольких конфигураций взаимного расположения нагреваемого и измерительного имитаторов твэлов и дистанционирующей решетки;
• получены данные о неравномерности аксиального и осевого распределении температуры по поверхности стенки имитаторов твэла;
• исследовано влияние дистанционирующей решетки на распределение температурного поля на поверхности имитатора твэла.

а) Пример 3D распределения температуры на поверхности T-образного смесителя. Отношения расходов горячего и холодного теплоносителя 0,63 (слева); 0,07 (справа) б) распределение температуры на поверхности имитатора твэла в 7-стержневой модели — имитаторе ТВС при перегреве одного из твэлов. Нагреваемый твэл выделен розовым цветом, область нагрева находится снизу рисунка и не показана на рисунке

Проведены экспериментальные исследования по определению закономерностей смешения двух разнотемпературных потоков модельного ТЖМТ в Т-образном соединении:

• получены детальные распределения температуры по поверхности стенки канала при смешении двух потоков модельного жидкометаллического теплоносителя различной температуры;
• получены данные по распределению осредненных и пульсационных значений температуры в потоке теплоносителя в области смешения;
• исследовано влияние на процесс смешения расходов холодного и горячего потоков жидкости;
• выполнены измерения временной эволюции температур и их пульсаций на поверхности Т-образного соединения и внутри жидкости в период времени от начала контакта вплоть до установления теплового равновесия в зоне Т-образного соединения.

Осуществлен эксперимент по определению закономерности распределения температуры при течении модельного ТЖМТ в кольцевом канале с частичным перекрытием его поперечного сечения плоской преградой (заслонкой), затеняющей 1/4 сечения кольцевого канала. Проведены измерения временной эволюции температур и их пульсаций на внешней поверхности кольцевого канала в месте взаимодействия течения теплоносителя с преградой.

Выполнен цикл экспериментальных работ по изучению межфазного взаимодействия газ — модельный ТЖМТ, в котором наиболее отчетливо выражается импульсное взаимодействие газа с теплоносителем, приводящее к возникновению динамических процессов, связанных с колебаниями давления и уровня теплоносителя. Получены детальные данные, включающие в себя профили пульсаций давления, изменения уровня модельного ТЖМТ и температуры.

Проведено комплексное экспериментальное исследование процесса истечения инертного газа в ТЖМТ с определением параметров формирующихся пузырей газа. Применение оригинальных методик измерений позволило определить параметры пузырей инертного газа в ТЖМТ (размер, частоту отрыва, отрывной диаметр, скорость подъема).

Выполнено исследование закономерностей теплообмена между инертным газом и ТЖМТ при различных режимах истечения (пузырьковый, снарядный режимы) газа в ТЖМТ (расплав свинца, сплав Розе), находящегося в вертикальном адиабатическом канале. Выполнены также измерения эволюции температуры ТЖМТ при длительном истечении в него инертного газа и получены данные по условиям захолаживания ТЖМТ.

Одним из основных результатов работ является определение закономерностей течения ТЖМТ, в которых наиболее отчетливо выражается трехмерная структура течения. Получена обширная база экспериментальных данных, включающая в себя распределение локальных осредненных и пульсационных характеристик течения, в том числе спектральных характеристик скорости и температуры, данных по локальному и интегральному теплообмену. Полученные результаты хорошо применимы в качестве бенчмарков для верификации CFD кодов, используемых при гидродинамических расчетах реакторных установок в неизотермических режимах течения теплоносителя.