Дисертації (АЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Процеси теплообміну в мініатюрних випарноконденсаційних системах з нанорідинами(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Гуров, Дмитро Ігорович; Кравець, Володимир ЮрійовичДисертаційна робота присвячена вивченню процесів теплообміну в мініатюрних випарно-конденсаційних системах, при використанні в них в якості теплоносія нанорідин. У вступі наводиться обґрунтування актуальності напрямку роботи, визначено об’єкт та предмет, мету та цілі дослідження, наукову новизну отриманих даних та висновки, а також особистий внесок здобувача наукового ступеня доктора філософії. Представлено інформацію щодо апробації результатів досліджень та напрямки їх потенційного використання. Описано загальний обсяг дисертаційної роботи та його структуру. Поширення використання нанотехнологій у різних напрямках фундаментальних та прикладних робіт за останні 10 років набуло неабиякої популярності, що обумовлено перспективністю та покращеннями від їх впровадження. Разом з цим спостерігається чітка тенденція до процесу мініатюризації у електронній промисловості, пристрої стають усе менше, а питомі величини теплових потоків, що вони виділяють, зростають експоненційно. Для охолодження теплонавантажених та, разом з цим, малогабаритних пристроїв гарно зарекомендували себе мініатюрні термосифони, які відносяться до випарно-конденсаційних систем, проте погляд на розвиток науки і техніки дає змогу прогнозувати досягнення їх обмежень по теплопередавальним характеристикам вже у найближчі роки. Для поліпшення теплопередавальних характеристик мініатюрних термосифонів використання нанорідин у якості теплоносіїв може бути перспективним вектором розвитку, проте вони потребують комплексного підходу і проведення значної кількості науково-дослідних робіт для їх впровадження у електронну промисловість. У першому розділі представлено літературний огляд. Проаналізовано поширення використання у різних напрямках фундаментальних робіт і конкретних міжгалузевих застосуваннях нанотехнологій, в особливості нанофлюідики. Розглянуто методи і підходи у приготуванні нанорідин, проаналізовано переваги і слабкі сторони кожного з них. Звернута увага на перспективність застосування нанорідин в якості теплоносія у системах охолодження, що доводиться появою нових наукових робіт, кількість яких зростає у стрімкому темпі, проте характер поточних досліджень досить обмежений і поверхневий. Досліджено проблематику, поточний стан і підходи, що використовуються для охолодження електронної техніки, а також основні задачі і вимоги, що ставить на зараз електронна промисловість до температурних режимів і наявних теплових потоків. З аналізу проблематики і поточного стану розвитку науки і техніки зроблено висновок про переваги використання випарно-конденсаційних систем у задачах охолодження, а у зв’язку зі зменшенням масо-габаритних характеристик акцентовано увагу на мініатюрних системах. Проведено огляд представників випарноконденсаційних систем й наведено переваги використання мініатюрних термосифонів. Проведено пошук наукових робіт і досягнень по напрямку використання мініатюрних термосифонів, в ролі теплоносія в яких виступають нанорідини. Більшість наукових робіт з літературного огляду показали переваги використання нанорідин у якості теплоносія, проте деяка кількість наголошувала на недоліки використання, а також погіршення теплопередавальних характеристик (такі як максимальний тепловий потік та значення повного термічного опору). Окрім того, в існуючих роботах акцент спрямовано на термосифони, габаритні розміри яких не дають змоги віднести їх до мініатюрних, а саме в останніх наразі найбільше зацікавлена промисловість. Також варто зазначити однотипність у підборі теплоносія (наночастинки оксиду міді, алюмінію, титану, золота та вуглецеві нанотрубки) і фактично відсутність робіт з гібридними (багатокомпонентними) нанорідинами. Більшість з дослідників нехтують перевірками на надійність, деградацію з плином часу і ресурсні випробування. Окремо варто наголосити на тому, що залишається відкрите питання стосовно механізмів інтенсифікації процесів теплообміну у таких системах. Поточний стан цього напрямку досліджень і його наведені особливості свідчить про актуальність робіт й попит від промисловості, проте разом з цим і про недостатній рівень вивченості й необхідності у комплексному підході. У другому розділі представлено конструкцію експериментального стенду, що було розроблено і виготовлено з метою дослідження теплопередавальних характеристик мініатюрних термосифонів з нанорідиною в якості теплоносія. Розроблено алгоритм випробувань і наведено загально використовувану методику для проведення досліджень. На базі літературного аналізу по використанню нанорідин для двофазних систем, а також на основі даних, що наведені для кипіння у великому об’ємі, було обрано потенційні нанорідини, які було заправлено в мініатюрні термосифони для подальшого дослідження. В якості теплоносія обрано як перспективні традиційні (однокомпонентні), проте не достатньо досліджені у цьому застосуванні нанорідини, так і комбіновані (гібридні) нанорідини, що складаються з суміші наночасток. В якості базової рідини для усіх зразків було обрано дистильовану деіонізовану воду, як найбільш ефективний теплоносій в діапазоні температур, що вимагається при охолоджені електронної техніки. Проведено прискорений тест на седиментацію: за місяць простою не було зафіксованою зміни кольору чи випаду наночасток у осад. Приведено класифікацію похибок, проаналізовано які похибки можуть виникати у процесі дослідження, прийняті заходи щодо мінімізації цих похибок, обрано основні інструменти і обладнання, оцінено їх внесок у похибку вимірювань та обчислено похибки визначення усіх розрахункових величин. Величини похибок обчислення було проаналізовано і порівняно з іншими авторами, і зроблено висновок про прийнятний рівень похибок при наведеній постановці задачі. Третій розділ присвячено дослідженню впливу використання нанорідин у якості теплоносія та коефіцієнту заповнення на теплопередавальні характеристики мініатюрних термосифонів. Спостерігається, що збільшення теплового потоку, що передається мініатюрним термосифоном, призводить до зменшення термічного опору, що пояснюється зростанням кількості центрів пароутворення. Також проаналізовано режими роботи термосифонів, в залежності від теплового потоку, що подається, починаючи з появи гейзерного ефекту, та закінчуючи переходом з бульбашкового розвиненого режиму кипіння до плівкового кипіння і виникнення подальшої кризи теплообміну. Зафіксовано, що збільшення коефіцієнту заповнення за рахунок зменшення довжини нагрівача призводить до збільшення термічного опору мініатюрного термосифону. Причиною цьому є термічний опір, що виникає через наявність додаткового стовпа рідини. Зразки нанорідин, що використовувалися в якості теплоносіїв, по результату досліджень було розділено на дві групи: ті, що можна рекомендувати, і не рекомендовані для використовування у подібних застосуваннях. Варто зазначити, що навіть не рекомендовані зразки показали поліпшення теплопередавальних характеристик, а саме збільшення максимального теплового потоку на 18,5% при тому ж значення термічного опору при порівнянні з дистильованою водою. Найліпший же зразок продемонстрував збільшення максимального теплового потоку на 53%, з паралельним зменшенням термічного опору на 28,4% у порівнянні з базовою рідиною. Дослідження кута нахилу показало, що оптимальний кут для нанорідин ідентичний до значень, що рекомендовані для води, і знаходиться в діапазоні 40-70°. В свою чергу критичний кут становить 30°. Запропоновано емпіричне рівняння для водного теплоносія з аморфним вуглецем для прогнозування максимальних теплових потоків в діапазоні кутів нахилу 20– 60°, на базі даних, що було отримано при проведенні експериментів для вертикального розташування зразка. У четвертому розділі наведено основні величини, що характеризують інтенсивність теплопередачі мініатюрних термосифонів, а саме коефіцієнти тепловіддачі (у зоні нагріву, у зоні конденсації), а також коефіцієнти еквівалентної теплопровідності. Після завершення досліджень, зразки теплоносіїв були розбиті на дві групи: рекомендовані для подальшого впровадження, та ті, що не можна рекомендувати. Дослідження ефекту від використання нанорідин, в загальному випадку, підтвердило доцільність використання їх у ролі теплоносіїв для мініатюрних термосифонів. Так, мініатюрний термосифон з водною нанорідиною з додаванням синтетичного алмазу в порівнянні з водою продемонстрував збільшення еквівалентної теплопровідності до 20%, і затягування кризових явищ до 80% по відношенню до підведеного теплового потоку. Зроблено висновок, що інтенсивність теплообміну у зоні нагріву для нанорідини в загальному випадку вище за інтенсивність для дистильованої води, проте важливим є правильний підбір теплоносія. Так, нанорідини з аморфним вуглецем, а також з аттапульгітом та монтмориллонітом демонстрували коефіцієнти тепловіддачі у зоні нагріву співмірні, а іноді навіть нижче (до 30%), за воду. В свою чергу для інших досліджених зразків фіксувалося покращення інтенсивності теплообміну, а в особливості для синтетичного алмазу (до 180%). Отримано емпіричні рівняння для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі у зонах нагріву мініатюрних термосифонів для досліджених нанорідин, що узагальнюють 80% отриманих експериментальних даних з розкидом ±30%. П’ятий розділ присвячено впливу концентрації наночасток на теплопередавальні характеристики мініатюрних термосифонів, та визначенню його оптимального рівня. Дослідження проводилися на гібридний водній нанорідині на базі багатостінних вуглецевих нанотрубок з додаванням аттапульгіту. Досліджені концентрації було обрано на рівні 0,1%, 0,5% та 0,7%. Зроблено висновок, що використання масових концентрацій наночасток більше ніж 0,1%, не дивлячись на суперечливі рекомендації інших авторів –має сенс, і призводить до поліпшення робочих характеристик. Оптимальні концентрації для кожної нанорідини будуть індивідуальні, проте дослідження і підбір необхідно виконувати в більшому діапазоні, і не обмежуватися діапазоном надмалих концентрацій (по типу 0,005…0,1%). Досліджено, що при використанні низькоконцентрованої водної нанорідини (0.1%), покращення теплопередавальних характеристик сягали 13% для максимальних теплових потоків, та 18% для мінімального термічного опору. В той же час, при використанні більш концентрованих нанофлюідів, можна досягти збільшення теплового потоку до 70%, чи зменшення термічного опору до 38%. При зміні коефіцієнта заповнення відбувається певний зсув оптимального рівня концентрації, і він може відрізнятися навіть для одного теплоносія. Тобто, було отримано, що оптимальна концентрація наночасток у робочій рідині є функцією багатьох складових, до яких відносяться не тільки форма наночасток, їх характерні розміри, анізотропія, теплофізичні властивості, тощо, але і певний вплив має коефіцієнт заповнення теплоносієм мініатюрного термосифона. Наведено оптимальні рівні концентрацій для певних досліджених коефіцієнтів заповнення. У шостому розділі описано явище пульсацій температур у зонах теплообміну мініатюрних термосифонів з нанорідинами. Розглянуто природу цього явища, та зазначено необхідність його дослідження, що пов’язано з можливим впливом на температуру електронного пристрою чи компонентів, які охолоджуються за допомогою системи охолодження на базі мініатюрних термосифонів з нанорідинами. Для термосифонів з водною нанорідиною на базі вуглецевих нанотрубок і аттапульгіту (коефіцієнт заповнення 0,44 та діапазон досліджених концентрацій 0,1–0,7%) отримано емпіричне рівнянні для визначення амплітуди пульсацій в залежності від теплового потоку, що відводить система. На базі отриманого рівняння можна зробити висновок, що збільшення витрати охолоджуючої рідини, концентрації наночасток, та безрозмірного комплексу (dвн/LЗН) призводить до зменшення амплітуди пульсацій температури, в свою чергу, збільшення коефіцієнта заповнення призводить до збільшення амплітуди пульсацій температур. Не дивлячись на те, що збільшення концентрації наночасток призводить до зменшення амплітуди пульсацій, разом з цим відбувається збільшення періоду пульсацій при низьких густинах теплового потоку. Останнє наголошує на необхідності раціонального підбору мініатюрних термосифонів для системи охолодження, їх діаметрів, довжин, коефіцієнтів заповнення та теплоносіїв. У такому випадку, при номінальному режиму роботі електронного пристрою, у системі охолодження буде розвинений режим кипіння теплоносія, і будуть відсутні амплітудні пульсації температур. Сьомий розділ присвячено ресурсним випробуванням, та перевірці на наявність деградаційних ефектів з плином часу. Без проведення цих досліджень не можна рекомендувати в промислове впровадження мініатюрні термосифони з нанорідинами, тому що відсутня впевненість у їх можливості відпрацювати певний сервісний час, який є регламентованою величиною для електронного обладнання. Ресурсні випробування були розбиті на дві частини: перевірка у режимі зберігання 5 років: температурний діапазон 15–25℃, вологість 30–60%) та у режимі напрацювання (активний режим роботи, 350 годин при Q=0,8Qmax). Ресурсні випробування у режимі зберігання проводилися на нанорідині на базі синтетичного алмазу (продемонструвала найкращі показники по більшості з досліджень) і на гібридній водній нанорідині на базі вуглецевих нанотрубок і аттапульгіту (перспективний теплоносій, проте є ризики виникнення взаємодії між компонентами теплоносія та корпусом термосифону). Випробування у режимі зберігання показали відсутність деградації й тенденцій до зміни термічного опору після 5 років консервування для обох дослідних зразків. Випробування у режимі напрацювання проводилися для водної нанорідини на основі вуглецевих нанотрубок і аттапульгіту і тенденцій до погіршення чи поліпшення термічного опору не спостерігалося. Початковий діапазон роботи (перші 50 годин) характеризується припрацюванням, під час якого спостерігається збільшення коефіцієнту тепловіддачі у зоні конденсації, та зворотний ефект у зоні нагріву. У подальшому, протягом наступних 300 годин, тенденції до зміни інтенсивності теплообміну відсутні, і миттєві значення коливаються у районі середніх значень. Матеріали та результати дисертаційної роботи впроваджено у навчальний процес на кафедрі атомної енергетики Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського".Документ Відкритий доступ Обґрунтування надійності тепловідводу від металу вигородки РУ типу ВВЕР-1000 при деградації її геометрії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Філонова, Юлія Сергіївна; Кондратюк, Вадим АнатолійовичФілонова Ю.С. Обґрунтування надійності тепловідводу від металу вигородки РУ типу ВВЕР-1000 при деградації її геометрії. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктор філософії за спеціальністю 143 – Атомна енергетика. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу деградації геометрії вигородки внутрішньокорпусної на зміну умов охолодження внутрішньокорпусних пристроїв реактору типу ВВЕР-1000. У вступі обґрунтовано вибір теми досліджень, сформульовані мета і задачі дослідження, визначено методи дослідження, висвітлено зв'язок з науково-дослідними програмами та роботами, а також наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, охарактеризовано особистий внесок автора, приведені відомості про апробацію результатів дисертації, її структуру та обсяг. У першому розділі проведено огляд наявних досліджень, пов’язаних з тематикою дисертації. Проаналізовано першопричини і особливості процесів деградації металу внутрішньокорпусних пристроїв (ВКП), а також найбільш імовірні зміни відносно проєктної геометрії – вичерпання зазорів між вигородкою і шахтою, а також поява не передбачених проєктом РУ ВВЕР-1000 радіальних перетоків через розкриття кілець вигородки. Проведено порівняльний аналіз прогнозованих моментів вичерпання проєктних зазорів, що показує нагальну необхідність обґрунтування можливості подальшої експлуатації енергоблоків при наявності контакту. Зроблено огляд можливостей та досвіду проведення експериментальних досліджень і вимірювання реальної геометрії вигородки після довготривалої експлуатації. Показано наявні обмеження, пов’язані із можливістю проведення вимірювань тільки в «холодному» стані, та зроблено висновок щодо потреби в розробці надійних розрахункових моделей для прогнозування зміни геометрії вигородки з урахуванням миттєвих параметрів радіаційних енерговиділень та температурного стану. Проведено детальний огляд досвіду моделювання температурного поля та радіаційних енерговиділень в елементах ВКП для подальшого аналізу деградації геометрії. З’ясовано невизначеності, наявні в існуючих підходах, та зроблено висновок щодо відсутності досліджень впливу наявності контакту між вигородкою та шахтою внутрішньокорпусними і розкриття кілець вигородки на зміну умов охолодження елементів ВКП і на подальшу динаміку формозміни, що є визначальним фактором при переоцінці можливості продовження строку експлуатації енергоблоків України. На основі літературного огляду сформульовано мету, завдання, предмет і об’єкт дослідження. Другий розділ присвячений дослідженню зміни умов охолодження вигородки при деградації її геометрії, а саме її контакті із шахтою внутрішньокорпусною та розкритті кілець вигородки і як наслідок – появі не передбачених проєктом радіальних перетоків теплоносія з активної зони реактору. Запропоновано методологію вирішення задачі дослідження зміни умов охолодження ВКП, що базується на поступовому аналізі. З метою проведення зазначеного аналізу розроблено універсальну (з точки зору конфігурування та задання граничних умов) розрахункову тривимірну CFD модель охолодження вигородки. Із використанням розробленої моделі проведено серію розрахунків для різних паливних кампаній енергоблоку АЕС України та обґрунтовано вибір представницької кампанії для подальшого аналізу деградації геометрії. Обґрунтовано вибір п’ятикільцевої моделі вигородки та отримано розрахункове температурне поле для проєктної геометрії ВКП, що використано для подальшого аналізу. З метою дослідження зміни умов охолодження вигородки за наявності її контакту із шахтою запропоновано підхід із розглядом різних можливих конфігурацій контакту. В рамках аналізу розглянуто 8 варіантів контакту, серед яких – проєктна геометрія, шість прогнозованих станів (від цілком гіпотетичного повного контакту до більш реалізованих варіантів перекриття кільцевого зазору за рахунок контакту нижнього/верхнього буртів і їх комбінацій, а також на рівні буртів, що відповідають найбільш енергонавантаженим перерізам вигородки), восьмий – реалістичний на основі попередньої оцінки на міцність для представницької кампанії. На основі розробленого підходу якомога повно проаналізовано всі імовірні стани ВКП при наявності контакту та з’ясовано його вплив на зміну температурного стану основних конструкційних елементів ВКП (вигородки, шахти, шпильок та різьбових тяг). Проведено порівняльну оцінку радіаційного розпухання на основі аналізу цільових функцій радіаційної повзучості – еквівалентних напружень, об'ємних деформацій розпухання та еквівалентних деформацій повзучості. Досліджено вплив наявності розкриття кілець вигородки і появи радіальних перетоків на зміну умов охолодження ВКП. Проведено оцінку інтенсивності радіальних перетоків за допомогою аналітичної оцінки, та із застосуванням розробленої CFD – моделі, що дозволяє врахування наявності розкриття. Отримано можливу максимальну межу величини інтенсивності байпасу з активної зони до кільцевого каналу і каналів охолодження вигородки та проаналізовано його вплив на температурний стан вигородки. З’ясовано наявність появи зворотніх звязків типу «розкриття – локальна інтенсифікація охолодження – зменшення інтенсивності подальшого розкриття» та зроблено висновок щодо необхідності використання зв’язаного підходу з урахуванням взаємного впливу трьох фізик – нейтронно-фізичному, теплогідравлічному розрахунках та розрахунку міцності. В третьому розділі представлено опис ключових складових частин нейтронно-фізичного модулю, який є частиною мультифізичного коду для аналізу впливу деградації геометрії вигородки на зміну умов її охолодження. Розроблений модуль складається з трьох основних частин до яких відносяться: інженерний аналіз паливних завантажень енергоблоку, безпосередньо модель транспорту нейтронів та гамма-квантів і параметричний аналіз. Гнучка система налаштувань дозволяє конфігурувати модуль в залежності від типу аналізу, що дає можливість проводити консервативні та реалістичні оцінки з урахуванням можливих радіальних перетоків теплоносія за межі активної зони. Побудована транспортна модель випромінювання, що базується на використанні коду Монте-Карло MCNPX, та дозволяє задання нерівномірності температури та матеріального складу. За допомогою транспортної моделі а також розробленої підпрограми постобробки реалізовано синтез тривимірних (r--z) миттєвих та накопичених характеристик випромінення, які можуть передаватися в теплогідравлічний модуль та модуль розрахунків на міцність. З метою економії розрахункових ресурсів, що є вкрай важливим при аналізі зв’язаних процесів, передбачена підпрограма генерації набору даних для оцінки впливу деградації геометрії вигородки на функціонали випромінення в металі вигородки. Для цього оцінені фактори зміни енерговиділення в основних елементах ВКП, які залежать від локальної температури теплоносія та металу (зв'язок з теплогідравлічним модулем), а також від співвідношення метал – вода (модуль розрахунків на міцність). Четвертий розділ присвячено розробці комплексної зв’язаної мультифізичної процедури оцінки зміни умов охолодження елементів ВКП при деградації їх геометрії з урахуванням наявності зворотніх зв’язків типу «розкриття кілець вигородки – поява радіальних перетоків – локальна зміна умов охолодження металу вигородки – зміна інтенсивності розкриття». Запропоновано концепцію спряження блоків, що відповідають оцінкам трьох фізичних складових проблеми розпухання – нейтронно-фізичного модулю, теплогідравлічного аналізу та модулю оцінки міцності. Модифіковано та раціоналізовано модуль теплогідравлічного аналізу, та, відповідно, розділено його на три складові (субмоделі) – одновимірну теплогідравлічну модель байпасу активної зони, твердотільну модель основних елементів ВКП, та модифіковану CFD–модель активної зони. Наведено опис кожної складової модулю теплогідравлічного аналізу та розроблено ефективні інтерфейси спряження окремих модулів. Застосовуючи розроблену мультифізичну процедуру спряженого аналізу зміни умов охолодження ВКП проведено розрахунковий аналіз деградації геометрії вигородки з урахуванням зворотніх зв’язків, пов’язаних з локальним впливом наявності радіальних перетоків на умови охолодження вигородки. В результаті оцінки уточнено значення розкриття кілець на момент 60-ї кампанії, що були отримані в Розділі 2 в рамках виконання послідовного аналізу. Отримані величини зазорів між кільцями мають менші значення, які в середньому на 22% нижчі за результати консервативного послідовного аналізу. Наукова новизна отриманих результатів. В роботі вперше: - Створені комплексні теплогідравлічні та нейтронно-фізичні підходи для оцінки впливу на надійність тепловідводу від вигородки ВВЕР-1000 її непроєктної зміни геометрії внаслідок радіаційного розпухання металу. - Для вирішення температурної складової задачі побудовані спеціальні розрахункові моделі, які базуються на методах обчислювальної гідродинаміки, що дозволяють враховувати просторові особливості протікання теплоносія та процесів теплообміну в елементах внутрішньокорпусних приладів ВВЕР-1000 враховуючи локальний стан активної зони. - Створено та застосовано методологію вирішення контактної задачі ВКП, що базується як на поступовому, так і на зв’язаному мультифізичному аналізі міцності (отриманні параметричних функцій радіаційного розпухання, формозміни ВКП), нейтронно-фізичних розрахунках і теплогідравлічному аналізі охолодження елементів ВКП починаючи від проєктної геометрії і закінчуючи розрахованою формозміненою. - Проаналізовано ймовірні конфігурації (як гіпотетичні, так і реально передбачувані) контакту вигородки із шахтою внутрішньокорпусною (який не передбачено проєктом), що дозволило виявити можливі межі порушення умов омивання/охолодження ВКП в рамках послідовного підходу. - Створено напіваналітичні методи щодо визначення впливу не передбачених проєктом радіальних перетоків в рамках послідовного аналізу процесів деградації, що дало змогу оцінити консервативні межі значень інтенсивності перетоків та їх вплив на зміну умов охолодження вигородки. - На основі оригінального зв’язаного міждисциплінарного підходу, який враховує особливості радіаційних енерговиділень, що формалізовані у вигляді параметричних функцій та власних методів одновимірної теплогідравліки з аналітично отриманою функцією температурного поля теплоносія на елементарній ділянці інтегрування, був запропонований спосіб визначення усталеного (рівноважного) розкриття кілець. При цьому враховані особливості зміни геометрії за рахунок розпухання та температурного розширення з урахуванням наявності кріпильних елементів у вигляді міжкільцевих шпильок. - Виявлено основний механізм зворотного зв’язку у вигляді взаємного впливу типу «деградація геометрії ВКП – розкриття кінець – поява радіальних перетоків з активної зони – зміна умов охолодження вигородки – зменшення інтенсивності розкриття кілець» Розроблені підходи та моделі можуть бути застосовані для робіт із оцінки, обґрунтування і перепризначення термінів експлуатації енергоблоків України з реакторами ВВЕР-1000, які підходять до межі строку продовження терміну експлуатації, або, особливо, його перепризначення. Також, базуючись на розроблених підходах, є можливість аналізу впливу зміни умов охолодження ВКП на реакторну установку в цілому, шляхом модифікації розрахункових теплогідравлічних моделей РУ ВВЕР-1000 в RELAP5 з використанням досвіду розробленої в дисертації одновимірної схеми байпасу.Документ Відкритий доступ Прогнозування режимів погіршеного теплообміну в перспективних реакторах IV покоління з надкритичними параметрами теплоносія(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Філонов, Владислав Віталійович; Письменний, Євген МиколайовичФілонов В.В. Прогнозування режимів погіршеного теплообміну в перспективних реакторах IV покоління з надкритичними параметрами теплоносія. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 143 - Атомна енергетика. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена розробці на основі експериментальних даних спеціальних процедур та інструментів для оцінки режимів погіршеного теплообміну в активній зоні перспективних реакторів IV покоління – водяних реакторів з надкритичними параметрами теплоносія. У вступі обґрунтовано актуальність розробки спеціальних процедур, подано загальну характеристику роботи, сформульована її мета, основні задачі, об’єкт та предмет досліджень, наведена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, представлено інформацію про особистий внесок здобувача та апробацію роботи, її структуру та обсяг. У першому розділі приведений критичний огляд сучасного стану досліджень теплообміну при надкритичних параметрах стану теплоносія. Розглянуті основні фізичні аспекти погіршення теплообміну, а також складність структурних досліджень течії. Розглядаються сучасні напрацювання з використання DNS методів. Наведений сучасний стан застосування методів обчислювальної гідродинаміки (CFD) для прогнозування нелінійних задач теплообміну при надкритичних параметрах, а також проблеми відокремлення феномену погіршення тепловіддачі від умов ядерного обігріву у контексті перспективних активних зон. На основі літературного огляду сформульовано мету та завдання дослідження. Другий розділ присвячений адаптації методу передаточної матриці (ТММ) для аналізу нелінійних термо-гідравлічних процесів при надкритичних параметрах теплоносія. Сформовані базові принципи лінеаризації та чисельного розв’язання вихідної системи рівнянь. Запропонований метод фактично знімає обмеження на вид кореляцій для чисел Ейлера та Нусельта і має покращену стабільність як при застосуванні неявних кореляцій так і при перехідному процесі. Розроблений метод може інтерпретуватися як основа сучасних теплогідравлічних кодів для обґрунтування безпеки перспективних реакторних установок. Третій розділ присвячений розширенню можливостей методів одновимірної теплогідравліки, які детально описані у другому розділі, шляхом введення диференційних функцій для визначення процесів інтенсивності дисипації та теплообміну. Здійснено логічний перехід від управляючих рівнянь одновимірного підходу до двовимірної осесиметричної постановки у вигляді моделі «вузького каналу». Запропонований альтернативний вигляд для функціональної залежності дотичних напружень, що дозволило підвищити стабільність методу. Завдяки застосуванню понять «базової» та «коригуючої величини, які введені у другому розділі, для отриманої системи вдалося побудувати розв’язок у вигляді суми ряду, коефіцієнти розкладу якого визначаються за допомогою ефективної чисельної процедури. Наведені результати валідації свідчать, що запропонований підхід дозволяє прогнозувати особливості структури течії при погіршеному теплообміні, при значному скороченні розрахункових ресурсів у порівнянні з CFD. Особливістю підходу є те, що він аналогічно і до ТММ дозволяє зняти практично всі обмеження на вигляд та структуру функціональних залежності для турбулентних характеристик, та дозволяє оперувати як з локальними параметрами так і з середньомасовими характеристиками. Четвертий розділ присвячений проблемі адаптації існуючого універсального чи спеціалізованого інструментарію теплогідравлічного аналізу для нелінійних задач теплообміну при надкритичних параметрах теплоносія при погіршенні тепловіддачі. Розглянуті складності прогнозу нелінійного теплообміну при надкритичних параметрах інженерними методами розрахункової гідродинаміки. Запропоновано простий спосіб адаптації двозонної температурної пристінкової функції Кадера на основі існуючих зондових досліджень для двоокису вуглецю. Обговорюється проблема імплементації в універсальні пакети обчислювальної гідродинаміки CFD, яка базується на способі вибору опорної координати пристінкової зони для визначення динамічної швидкості та безрозмірної температури. На прикладі ANSYS CFX показаний один із способів створення спеціальної користувальницької процедури, яка має покращену тенденцію щодо прогнозу аксіального профілю температури при погіршеному теплообміні. У розділі проведено калібрування та валідацію отриманих результатів на основі експериментальних досліджень для вертикальних труб та стержневих збірок імітаторів твел. Також обговорюються особливості запропонованої імплементації, та сформовані рекомендації для застосування та подальшого удосконалення інженерних підходів для прогнозування погіршення теплообміну при надкритичних параметрах теплоносія. П’ятий розділ присвячений розробці спеціального інструментарію для прогнозу режимів теплообміну з надкритичними параметрами теплоносія в умовах ядерного обігріву. Для цього було виконано спряження теплогідравлічної частини, яка описана у розділі 2 та 3, за рахунок сполучення поля тиску та введення інтегральних характеристик потоку з нейтронофізичною задачею. Розроблений спеціальний інтерфейс спряження із зональною моделлю тепловиділяючого елемента (твел), в якій джерело енерговиділення є результатом розв’язку нейтронофізичної задачі при наперед заданих умовах критичності системи. З метою оптимізації спряжених розрахунків сформовані параметричні профілі енерговиділення, які отримані за допомогою MCNP4C, які сполучаються із чарунковим кодом WIMS5b. У розділі розглянуті особливості прогнозу режимів теплообміну в умовах ядерного обігріву, а також вплив форми погіршеного теплообміну на критичність системи. У шостому розділі наведені результати оцінки стаціонарного стану перспективного реактора ECC-SMART із застосуванням підходів, які описані у розділах 2-5. Побудована еквівалентна теплогідравлічна схема для попередньої оцінки енерговиділення в тепловиділяючих збірках (ТВЗ). Розглянуті питання імплементації коефіцієнтів переносу та енерговиділення в пристінковій зоні на основі спеціальної пристінкової функції (розділ 4) та оцінок спряженого коду (розділ 5). Застосовані методи дозволили в десятки разів скоротити дискретизацію повної CFD моделі перспективного реактора, де проточна частина активної зони виконана досить точно. Наукова новизна одержаних результатів. В роботі наведені результати, які отримані вперше, а саме: Побудована адаптація методу передаточної матриці для задач неізотермічної теплогідравліки при екстремально-нелінійній поведінці теплофізичних властивостей теплоносія. На основі введених понять «базової» та «коригуючої» змінних побудовані аналітичні функції елементу, які дають можливість отримати точний розв’язок для абстрактних величин. Запропоновано спосіб сумісного розв’язання диференційних та трансцендентних рівнянь, які дозволяють підвищити надійність розрахунків режимів нелінійного теплообміну із застосуванням неявних, неоднозначних кореляцій. Адаптовано надійні методи, які побудовані для одновимірної теплогідравліки, для двовимірної постановки у наближенні «вузького каналу» із застосуванням модифікованого визначення турбулентного переносу, яка базується на нелінійній алгебраїчній моделі турбулентності. На основі диференційних функцій інтенсивності дисипації енергії та теплообміну, а також поля тиску побудоване 1D-2D спряження запропонованих методів, що дозволило отримати підхід, який вміщає в собі переваги системних кодів та CFD, оскільки дозволяє оперувати як з локальними, так і з інтегральними характеристиками потоку. Запропонована проста адаптація двозонної температурної пристінкової функції, показано особливості її імплементації в пакети обчислювальної гідродинаміки. Наведені результати її застосування для прогнозування режимів погіршеного теплообміну. На основі розробленої спеціальної процедури спряження теплогідравлічної та нейтронофізичної задачі виконана оцінка впливу погіршеного теплообміну на критичність системи, що дозволило судити про особливості переходу через критичну температуру в умовах ядерного обігріву. Побудовані параметричні функції профілів енерговиділення, які є характерними для теплообміну при надкритичних параметрах в умовах ядерного обігріву.Документ Відкритий доступ Теплообмін при кипінні на гладких та пористих поверхнях в умовах обмеженого простору(2021) Алексеїк, Ольга Сергіївна; Кравець, Володимир ЮрійовичДокумент Відкритий доступ Теплопередаючі характеристики мініатюрних двофазних термосифонів стосовно охолодження елементів радіоелектронної апаратури(2021) Бехмард, Голамреза; Кравець, Володимир ЮрійовичДокумент Відкритий доступ Теплообмін плоскоовальних труб з неповним оребренням в умовах природної конвекції і природної тяги(2021) Вознюк, Максим Михайлович; Письменний, Євген МиколайовичДокумент Відкритий доступ Управління вихровим тепломасообміном в елементах енергетичного обладнання(2019) Баскова, Олександра Олександрівна; Воропаєв, Генадій ОлександровичДокумент Відкритий доступ Теплообмін та аеродинаміка пакетів труб з рівнорозвиненими зовнішньою та внутрішньою поверхнями теплоенергетики(2019) Рева, Сергій Анатолійович; Письменний, Євген МиколайовичДокумент Відкритий доступ Теплотехнічні характеристики комбінованого сонячного колектора на основі алюмінієвих канавчатих теплових труб(2018) Козак, Дмитро Віталійович; Хайрнасов, Сергій МанісовичДокумент Відкритий доступ Закономірності процесів переносу в теплообмінних поверхнях з плоско-овальних труб з поперечним оребренням(2018) Семеняко, Олександр Володимирович; Письменний, Євген МиколайовичДокумент Відкритий доступ Науково-технологічні основи створення алюмінієвих теплових труб для ресурсозберігаючих систем(2017) Хайрнасов, Сергій Манісович; Письменний, Євген Миколайович; Кафедра атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; Теплоенергетичний факультет; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Теплообмін в мініатюрних випаровувально-конденсаційних системах охолодження(2016) Кравець, Володимир Юрійович; Письменний, Євген Миколайович; Кафедра атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; Теплоенергетичний факультет; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Теплообмін і аеродинаміка пучків плоскоовальних труб в поперечному потоці(2016) Кондратюк, Вадим Анатолійович; Письменний, Євген Миколайович; атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; теплоенергетичний; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"Документ Відкритий доступ Теплопередаючі характеристики пульсаційних капілярних теплових труб, призначених для малогабаритних систем охолодження(2016) Наумова, Альона Миколаївна; Кравець, Володимир Юрійович; атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; теплоенергетичний; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"