Опыт применения FlowVision для оптимизации геометрии реакторной установки ВБЭР-300

Валерий Бабин, Дмитрий Свешников

В настоящее время в ОКБМ развернуты работы по созданию реакторных водоводяных установок ВБЭР-300. Один из важных вопросов, которые требуется решить, — оптимизация тракта первого контура. Актуальность задачи состоит в том, что гидравлическое сопротивление патрубков реактора (рис. 1) составляет значительную величину — по предварительным оценкам, до 30% от общего сопротивления контура.

Гидродинамика потока в патрубках реактора достаточно сложна, и расчет с использованием справочных данных по коэффициентам гидравлических сопротивлений не позволяет получить достоверные результаты.

Для решения поставленной задачи были проведены расчеты масштабной модели контура (рис. 2) с использованием FlowVision, а с целью верификации программы для данного круга задач проведены аэродинамические испытания на модели.

Рис. 1. Конструктивная схема входного участка ПГ

Для исследования гидродинамики участка трассы первого контура с помощью программы FlowVision в САПР Mechanical Desktop была построена 3D-модель конструкции. В качестве расчетной модели использовалась «к-е»-модель турбулентности c низким числом Рейнольдса. Расчеты проводились на ПК Pentium 4 (2,8 ГГц). Расчет до выхода в стационарное состояние занимал 24 часа процессорного времени.

Проведены расчеты пяти вариантов сборки модели трассы циркуляции первого контура, а именно изучено влияние расстояния от выхода потока из патрубка до стенки ПГ, для снижения гидравлического сопротивления на выходе потока из реактора проводились расчеты с дополнительными конструктивными элементами — скругление, обтекатель, вставка. В середине патрубка и на выходе из него рассчитаны поля скоростей.

Верификация программы FlowVision проводилась прежде всего по интегральной характеристике исследуемого участка — коэффициенту гидравлического сопротивления, а также по распределению скоростей в середине патрубка и на выходе из него, с последующим сравнением с результатами стендовых испытаний.

Результаты расчета модели участка трассы первого контура для исходного варианта с Н = 70 мм.

Расход воздуха в модели составил Q = 1753 м³/ч, температура окружающего воздуха — 17 °С. Область расчета создавалась в САПР Mechanical Desktop 6 и импортировалась в FlowVision в виде VRML-файла (см. рис. 2). Количество расчетных элементов — 80 тыс. (рис. 3 и 4).

Рис. 2. Область расчета

Рис. 3. Расчетная сетка

Значения коэффициента гидравлического сопротивления

В таблице приведены значения коэффициента гидравлического сопротивления (), рассчитанного при помощи программы FlowVision, и экспериментальные данные.

,

где Pполн  — потери полного давления; Vo — средняя скорость по сечению патрубка; p  — средняя плотность по сечению патрубка.

Результаты расчета модели участка трассы первого контура в варианте скругления на выходе из патрубка и с вставкой с Н = 40 мм.

Геометрия расчетной области показана на рис. 5. Расход воздуха в модели составил Q = 1739,43 м³/ч, температура окружающего воздуха — 18 °С. Эпюры скоростей по сечениям показаны на рис. 6-8.

С учетом удовлетворительного совпадения результатов расчета с экспериментом были проведены расчеты натурной конструкции и в соответствии с этим выработаны рекомендации по оптимизации геометрии конструкции, позволившие снизить величину коэффициента гидравлического сопротивления.

Таким образом, можно констатировать, что используемая для оценки величины КГС программа FlowVision дает удовлетворительное совпадение результатов расчета с экспериментом и может успешно применяться для оптимизации тракта теплоносителя реакторных установок.

Рис. 4. Область расчета — характерное сечение

Рис. 5. Область расчета

Рис. 6. Эпюра скоростей в сечении 5 (вертикальное)

Рис. 7. Эпюра скоростей в сечении 5 (горизонтальное)

Рис. 8. Эпюра скоростей в сечении 6 (вертикальное)

САПР и графика 8'2005