Разномасштабные задачи тепломассообмена в атомной энергетике

Abstract

Данная статья посвящена обзору результатов, полученных в АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» с учетом наработанного опыта в области численного моделирования тепломассообмена в различных объектах атомной энергетики. Польза от применения CFD-технологий при проектировании реакторных установок заключается в возможности на базе ограниченного количества экспериментальных данных детально исследовать процессы тепломассообмена в установке с целью подтверждения или модернизации конструкторских решений на передовом научно-техническом уровне. Представлен ряд задач, для решения которых были использованы современные численные методы вычислительной гидродинамики с применением высокопроизводительной вычислительной техники. Показаны новые возможности расчетного моделирования при использовании современных суперкомпьютерных вычислительных технологий, а также сопутствующие вычислительные сложности и проблемы анализа результатов. Приведены примеры использования рассматриваемой технологии для моделирования экспериментальных стендов и натурных объектов при различных режимах работы. Показана автоматическая обработка результатов, позволяющая проводить анализ больших задач размерностью до 1 млрд. контрольных объемов по интегральным параметрам, характеризующим работу реакторной установки, таким как распределение расходов на входе и на выходе из активной зоны, распределение подогревов в тепловыделяющих сборках активной зоны, и т.д. This paper presents a review of the results obtained in OKB «GIDROPRESS» taking into account the experience gained in the field of numerical modeling of heat and mass transfer in various nuclear power facilities. The benefits of using CFD technology in the NPP design is the ability, based on a limited number of experimental data, to study in detail the heat and mass transfer processes in the facilities in order to confirm or improve design solutions at the advanced scientific and technical level. A number of problems are presented, for solution of which the modern numerical methods of computational hydrodynamics with high-performance computer technology were used. New possibilities of computational modeling with the use of modern supercomputer computing technologies, as well as accompanying computational complexity and difficulties of analysis of results are shown. Examples of use of the considered technology for modeling experimental rigs and full-scale objects under different operating conditions are given. The automatic post-processing of the results is shown. The procedure allows to analyze large problems with mesh size up to 1 billion control volumes by integral parameters, such as mass flow distribution at the core inlet and outlet, distribution of coolant heat-up over the core fuel assemblies, etc.