Версия для печати

Нижегородские физики измерили поле скорости в модели реактора на быстрых нейтронах

Россия является признанным мировым лидером в области создания ядерных реакторов на быстрых нейтронах (БН). К настоящему времени она является единственной страной с действующими промышленными реакторами БН-600, БН-800 (Белоярская АЭС). Разработаны они Акционерным обществом «Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И. И. Африкантова» (АО «ОКБМ Африкантов») в Нижнем Новгороде.

В настоящее время в «ОКБМ Африкантов» продолжаются опытно-конструкторские работы по созданию перспективного реактора большой мощности БН-1200, часть из которых проводится на крупномасштабном (1:5) стенде «ТИСЕЙ», где моделируются теплогидрофизические процессы реального объекта в широком диапазоне условий. Для проведения на стенде трудоемких измерений инженеры-конструкторы ОКБМ обратились за помощью в лабораторию экспериментальных методов технической и геофизической гидродинамики Института прикладной физики (), сотрудники которой имеют большой опыт в решении разных задач по исследованию течений жидкостей и газов.

Специально для стенда ТИСЕЙ группа исследователей ИПФ РАН создала систему для проведения измерений методом Particle Image Velocimetry (PIV), которая является уникальной по целому ряду показателей. Одновременная подсветка несколькими лазерами и съемка видеокамерами позволила существенно увеличить размеры области восстанавливаемых полей скорости для исследований течений в замкнутых объемах. Также впервые разработаны методы трехмерного виртуального моделирования PIV-измерений, позволяющие синтезировать изображения с виртуальных видеокамер с учетом множества факторов, в том числе отражений от элементов конструкций установки и рефракции света. Это дало возможности широкой оптимизации при разработке оптических схем, подбора оборудования и условий проведения измерений, а также последующих калибровок и пересчета полей скорости от полученных изображений к системе координат связанной со стендом. При этом отечественная разработка, созданная под конкретные условия заказчика, оказалась существенно более доступной по цене в сравнении с зарубежными серийными аналогами.

Серия измерений выполненных с помощью новой измерительной системы позволила ученым ИПФ РАН сформировать и передать производственникам базу данных о полях скорости теплоносителя внутри модели реактора в широком диапазоне условий, включая холостые, рабочие и аварийные режимы работы. Полученные данные позволили верифицировать расчетные методики, повысить эффективность и безопасность перспективного реактора БН-1200.

Общая схема расположения системы лазерной подсветки и камер относительно модели камеры реактора на стенде ТИСЕЙ.

3D моделирование оптической схемы измерений с учетом внутренней конфигурации камеры.

Результаты исследований опубликованы в статьях:

1. Сергеев Д.А., Кандауров А.А., Троицкая Ю.И., Пахолков В.В., Рогожкин С.А., Шепелев С.Ф. Система измерений полей скорости методом оптической анемометрии по изображениям частиц для исследования теплогидравлических процессов в крупномасштабной модели перспективного реактора на быстрых нейтронах // Приборы и техника эксперимента 2017, № 3, с. 119–12.

2. Пахолков В.В., Шепелев С.Ф., Рогожкин С.А., Поцелуев А.И., Кандауров А.А., Сергеев Д.А., Троицкая Ю.И. Экспериментальные исследования нового способа расхолаживания перспективного реактора БН // Теплоэнергетика, 2017, № 7, с. 1–9.

3. D.A. Sergeev, A.A. Kandaurov, Yu.I. Troitskaya Investigation of the thermal-dynamic processes on a large scale benchmarks of the nuclear power plants with PIV methods (scheme, features) // Scientific Visualization. 2015,V. 9, № 3, P. 86 - 95