8 - 2005

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

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. 2. Область расчета

Рис. 3. Расчетная сетка

Рис. 3. Расчетная сетка

Значения коэффициента гидравлического сопротивления

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. 4. Область расчета — характерное сечение

Рис. 5. Область расчета

Рис. 5. Область расчета

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

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

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

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

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

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

Федеральное государственное унитарное предприятие «Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И.Африкантова» (ФГУП «ОКБМ»). В настоящее время предприятие подчинено Управлению атомной энергетики Федерального агентства по атомной энергии РФ.

Валерий Александрович Бабин

Начальник подразделения 49, ФГУП «ОКБМ».

Дмитрий Николаевич Свешников

Инженер-конструктор подразделения 49, ФГУП «ОКБМ».

В начало В начало

САПР и графика 8'2005