АТОМНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Разработка методического подхода и численное моделирование теплогидравлических процессов в промежуточном теплообменнике реактора БН

И. Д. Фадеев^a, А. А. Аксенов^b, И. В. Дмитриева^a, В. Р. Низамутдинов^a, В. В. Пахолков^a, С. А. Рогожкин^a, М. Л. Сазонова^b, С. Ф. Шепелев<sup>a

a</sup> АО «ОКБМ Африкантов», Россия, 603074, г. Нижний Новгород, Бурнаковский проезд, д. 15
^b ООО «ТЕСИС», Россия, 127083, г. Москва, ул. Юннатов, д. 18, оф. 705

Аннотация: В работе представлены результаты трехмерного численного моделирования теплогидравлических процессов в промежуточном теплообменнике перспективного реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем (БН) с учетом разработанного методического подхода.
Промежуточный теплообменник (ПТО) размещен в корпусе реактора и предназначен для передачи тепла от натрия первого контура, циркулирующего в межтрубном пространстве, натрию второго контура, циркулирующему внутри труб. Перед входными окнами ПТО при интегральной компоновке оборудования первого контура в реакторе БН имеет место температурное расслоение теплоносителя из-за неполного перемешивания разнотемпературных потоков на выходе из активной зоны. Внутри ПТО в районе входных и выходных окон теплообменника также реализуется сложное продольно-поперечное течение теплоносителя, которое приводит к неравномерному распределению расхода теплоносителя в межтрубном пространстве и, как следствие, к неравномерному распределению температуры и эффективности теплообмена по высоте и радиусу трубного пучка.
С целью подтверждения заложенных в проекте теплогидравлических параметров ПТО перспективного реактора БН был разработан методический подход для трехмерного численного моделирования теплообменника, размещенного в корпусе реактора, учитывающий трехмерную картину течения натрия на входе и внутри ПТО, а также обосновывающий рекомендации для упрощения геометрии расчетной модели ПТО.
Численное моделирование теплогидравлических процессов в ПТО перспективного реактора БН проводилось с использованием программного комплекса FlowVision со стандартной $k-\epsilon$-моделью турбулентности и моделью турбулентного теплопереноса LMS.
Для повышения представительности численного моделирования трубного пучка ПТО выполнены верификационные расчеты однотрубного и многотрубного теплообменников «натрий – натрий» с соответствующими конструкции ПТО геометрическими характеристиками.
Для определения входных граничных условий в модели ПТО выполнен дополнительный трехмерный расчет с учетом неравномерной картины течения в верхней смесительной камере реактора.
Расчетная модель ПТО была оптимизирована за счет упрощения дистанционирующих поясов и выбора секторной модели.
В результате численного моделирования ПТО получены распределения скорости натрия первого контура, температуры натрия первого и второго контуров. Удовлетворительное согласование результатов расчета с проектными данными по интегральным параметрам подтвердило принятые проектные теплогидравлические характеристики ПТО перспективного реактора БН.

Ключевые слова: методический подход, натрий, промежуточный теплообменник, реактор БН, сопряженный теплообмен, теплогидравлика, численное моделирование.

УДК: 621.039.513:621.039.526

Поступила в редакцию: 11.05.2023
Исправленный вариант: 25.07.2023
Принята в печать: 14.08.2023

DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-4-877-894