Русский / English 
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ БЕЗОПАСНОГО РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
ИНСТИТУТИССЛЕДОВАНИЯПРОЕКТЫНАУКА И ОБРАЗОВАНИЕНОВОСТИКОНТАКТЫ
 
Новости » Новости Института

НОВОСТИ ИНСТИТУТА

01.02.2022

Ко Дню российской науки

В преддверии празднования Дня российской науки ИБРАЭ РАН представляет наиболее значимые научные и практические результаты фундаментальных и прикладных исследований Института, выполненных в 2021 году. Результаты этих исследований использованы при подготовке ежегодного доклада РАН Президенту Российской Федерации и в Правительство Российской Федерации о реализации государственной научно-технической политики в Российской Федерации и о важнейших научных достижениях, полученных российскими учеными в 2021 году.

Твэльный код нового поколения Беркут-У

В рамках реализации проекта «Коды нового поколения» проектного направления «Прорыв» разработана программа для ЭВМ (расчетный код) БЕРКУТ-У, основанная на результатах фундаментальных исследований процессов, происходящих в твэлах с нитридным и оксидным топливом в реакторных установках на быстрых нейтронах. В коде самосогласованно рассматриваются и моделируются температурное распределение и напряженно-деформированное состояние твэла, наработка и радиоактивные взаимопревращения, внутризёренный и межзёренный перенос продуктов деления, термохимические превращения в топливе, включая распределение продуктов деления по молекулярным и фазовым состояниям, формирование пористости, эволюция микроструктуры топлива и его распухания, как газового, так и твердотельного, выход продуктов деления под оболочку твэла и их перераспределение в зазоре «топливо–оболочка». Область применения кода по наиболее важным практическим параметрам, таким как среднее распухание топлива, объем и состав газов под оболочкой, пористость, компоненты нитридного топлива и продуктов деления, позволяет обосновывать проектные режимы работы нитридного топлива и оксидного топлива в быстрых реакторах до выгорания 12 % т.а. Код аттестован в Научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности «Ростехнадзора» для расчетов поведения ядерного топлива при облучении в реакторных установках на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. В настоящее время для твэльного кода БЕРКУТ-У разрабатываются модели, которые позволят моделировать наиболее важные процессы в стальных оболочках твэлов, оказывающие определяющее влияние на изменение свойств материала оболочки под облучением.

Рис. 1. — Сравнение расчетных и экспериментальных значений среднего распухания топливных таблеток твэла № 32 с нитридным топливом ЭТВС-5
(NM — номинальный режим, CT — консервативный по температуре)

Рис. 2. — Сравнение расчетных и экспериментальных значений выхода ксенона из топлива в нитридных твэлах КЭТВС-1
(NM — номинальный режим, CT — консервативный по температуре)

Модели горения и термического излучения для обоснования безопасности водородной энергетики

В целях исследования процессов истечения, распространения и горения водорода при авариях элементов инфраструктуры водородной энергетики в ИБРАЭ РАН разработаны и включены в программу для ЭВМ (ПрЭВМ) CABARET расчетные модели горения перемешанных и стратифицированных газовых смесей, диффузионного горения, термического излучения. В основе ПрЭВМ CABARET лежит вихреразрешающий подход к моделированию турбулентности, что позволяет устранить неопределенности, возникающие при использовании полуэмпирических RANS-моделей турбулентности. Предложенный подход является перспективным для анализа задач водородной энергетики, поскольку расчет полей концентраций водорода, являющихся начальными условиями для моделирования горения, выполняется из первых принципов, а растущая производительность современных вычислительных систем позволяет сократить ожидаемое время расчета при использовании детальных сеточных моделей. Разработанная модель горения в перемешанных и стратифицированных газовых смесях валидирована на открытых данных экспериментов ENACCEF. Результаты расчетов хорошо воспроизводят полученную в экспериментах динамику фронта пламени. Включение разработанных моделей диффузионного горения и лучистого теплообмена в ПрЭВМ CABARET позволило провести моделирование в вихреразрешающем приближении проведенного в Национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories) эксперимента по изучению характеристик горящей турбулентной водородной струи. Получено хорошее соответствие результатов расчета экспериментальным данным по видимой длине факела и доле тепла, рассеиваемой излучением. Разработанные модели используются в рамках программы по созданию технологий атомно-водородной энергетики Концерна «Росэнергоатом» для поддержки проводимых в ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академика Е.И.Забабахина» экспериментов по изучению процессов истечения, распространения и горения водорода.

  

Рис. 3. — Динамика скорости фронта пламени в экспериментах ENACCEF RUN 153 (слева) и RUN 711 с отрицательным градиентом распределения водорода (справа)
при моделировании на сетках разного разрешения

  

Рис. 4. — Лучистый тепловой поток от горящей водородной струи (слева) и сравнение расчетных оценок видимой длины пламени с экспериментом (справа)

Новый метод расчета переноса примеси в неоднородной среде

Впервые разработана асимптотическая теория переноса примеси на основе классической диффузии в неоднородной среде. Выражение для концентрации на расстояниях от источника, много больше размера основной области распределения примеси в заданный момент времени, сведено к однократным интегралам вдоль линии (квазилуча), условно названной траекторией концентрационного сигнала. Сама траектория определяется из вариационного принципа, приводящего к обыкновенному дифференциальному уравнению первого порядка. Верификация теории проведена путем сравнения расчета на основе асимптотической теории и прямого численного расчета уравнения диффузии в неоднородной среде. Результаты двух расчетов с высокой точностью согласуются на асимптотически далеких расстояниях. При этом расчетное время на базе асимптотической теории оказалось на два порядка меньше в сравнении с прямым расчетом. Новый метод расчета переноса примеси практически важен для проведения оценок надежности захоронений радиоактивных отходов в геологических средах.

Рис. 5. — Зависимости концентрации примеси в неоднородной среде, вычисленные на основе асимптотической теории и путем прямого численного расчета.
Коэффициент диффузии изменялся в пространстве на один порядок величины

 


ИБРАЭ РАН © 2013-2022 Карта сайта | Связаться с нами