Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Фрик Петр Готлобович Россия
Номер договора
14.Z50.31.0042
Период реализации проекта
2017-2021

По данным на 30.01.2020

29
Количество специалистов
41
научных публикаций
Общая информация

На пути развития атомной и термоядерной энергетики есть ряд не решенных научных проблем, среди которых проблемы теплофизического обоснования создаваемых энергоустановок, т.е. комплексное исследование процессов гидродинамики и теплообмена, а также теплофизических свойств теплоносителей, конструкционных материалов, направленных на решение проблем охлаждения и термостабилизации элементов конструкции энергетических реакторов-токамаков. Усилия сотрудников лаборатории направлены на решение проблемы теплофизического обоснования проектируемых ядерных энергоустановок нового поколения. 

Название проекта: Теплофизическое обоснование разработок систем охлаждения ядерных энергетических установок нового поколения

Приоритет СНТР: б


Цели и задачи

Направления исследований: Исследования МГД-турбулентности и теплообмена перспективных теплоносителей, техника и методы автоматизированных измерений в турбулентных потоках, исследования сложных течений и способов интенсификации теплообмена, разработка технологии плазменной обработки энергоприемников с развитой поверхностью, исследования теплофизических свойств теплоносителей и рабочих сред

Цель проекта: Создание Лаборатории теплофизических проблем ядерной и термоядерной энергетики; получение комплекса данных о характеристиках гидродинамики и теплообмена перспективных теплоносителей, о теплофизических свойствах теплоносителей и конструкционных материалов для формирования научно обоснованных рекомендаций по созданию эффективных и безопасных теплообменных систем термоядерных реакторов-токамаков, гибридных ядерно-термоядерных установок и быстрых реакторов нового поколения


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Модернизирован ртутный МГД-комплекс и его система автоматизации, разработаны датчики и новые методики зондовых измерений в потоках жидкого металла, проведены пробные эксперименты.
  • Проведены эксперименты по теплообмену жидкого металла в магнитном поле в прямоугольном канале и на модели активной зоны быстрого реактора БРЕСТ.
  • Проведено комплексное исследование теплообмена модельного вещества, имитирующего расплавы солей (фторидов лития и бериллия, фторидов щелочных металлов). Уточнена модель WALE. Проведенные тестовые расчеты стабилизированного течения в плоском канале с моделями подсеточной вязкости WALE и Смагоринского показали преимущество последней.
  • Выполнены работы по численному моделированию. Рассмотрен RANS-подход (с использованием двухпараметрической модели турбулентности) к моделированию МГД-теплообмена при подъемном течении жидкого металла в вертикальном прямоугольном канале с учетом влияния свободной конвекции и поперечного магнитного поля. Отдельно рассмотрена задача влияния продольного магнитного поля и термогравитационной конвекции на МГД-теплообмен в горизонтальной обогреваемой трубе. Проведено RANS-моделирование турбулентного течения ртути в вертикальном прямоугольном обогреваемом канале (с отношением сторон 1:3). На данном этапе работы влияние магнитного поля не учитывалось. Для проведения моделирования использовался авторский CFD-код ANES и три низкорейнольдсовские двухпараметрические модели турбулентности (двухслойная k-e модель, k-e модель Лаундера-Шарма и k-w модель). Использовались две постановки: полная 3D-модель канала и 2D-модель стабилизированного течения. Для верификации моделей турбулентности применены DNS-данные по течению газа в круглой вертикальной обогреваемой трубе.
  • Разработана установка и технология плазменно-пучковой обработки (УППО) для создания модулей первой стенки с пористой наноструктурированной поверхностью, которая представляет собой плазменную ловушку с линейной мульти-касповой конфигурацией магнитного поля со стационарным плазменным разрядом. Параметры плазмы обеспечивают возможность получения мощной плазменно-тепловой нагрузки, ожидаемой на материалы в стационарных режимах термоядерного реактора. Выполнено проектирование автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) для стенда плазменной обработки.
  • Получены новые данные измерений вязкости модельного вещества расплава соли – раствора KOH – в диапазоне концентраций 0–40%, диапазоне температур 20–60°С. Разработана методика исследования электропроводности и температуропроводности модельного вещества. Разработаны основы модели переноса массы и энергии в нерегулярной среде, обосновывающие выведенное ранее дробно-дифференциальное уравнение диффузии с переменным порядком дифференцирования. Полученные результаты предназначены как для описания диффузии ионов в жидкости, так и для применения в математической модели переноса тепла в средах со сложной внутренней структурой.

Внедрение результатов исследования:

  • Модернизирована уникальная научная установка «Ртутный МГД-стенд».
  • Модернизирован научный стенд для исследования теплообмена тепловыделяющих сборок (ТВС МЭИ).
  • Разработаны методики проведения измерений эксперимента на стенде ТВС МЭИ, измерений в потоках жидких металлов и солевых растворов на ртутном МГД-стенде, а также технология плазменно-пучковой обработки поверхности материалов на УППО МЭИ.

Образование и подготовка кадров:

  • Ведущим ученым прочитан курс лекций для студентов и аспирантов «Вейвлет-инструмент спектрального анализа нестационарных и квазистационарных сигналов».
  • Сотрудники лаборатории приняли участие в 9 российских и международных конференциях.
  • Опубликовано 29 научных статей по результатам исследований на 1-м этапе, из которых 1 статья в издании, индексируемом в базе данных Web of Science.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создан научно-образовательный центр НИУ «МЭИ» на базе Объединенного института высоких температур РАН по физико-техническим проблемам энергетики (НОЦ ФТПЭ).

Сотрудничество:
  • Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (Россия): совместные исследования и научные публикации
  • НИЦ «Курчатовский институт» (Россия), ОАО «НИКИЭТ имени Н. А. Доллежаля» (Россия), ОАО «НИИЭФА имени Д. В. Ефремова» (Россия), Физико-энергетический институт имени А. И. Лейпунского (Россия), Мичиганский университет (США): совместная подготовка специалистов высшей квалификации и совместные научные исследования по тематике работ лаборатории
Скрыть Показать полностью
Будаев В. П.
Стохастическая кластеризация поверхности при взаимодействии плазмы с материалами // Письма в ЖЭТВ. 2017. Т. 105. Вып. 5, март. С. 284–290.
Фрик П. Г.
О граничных условиях в экспериментах по конвективному теплообмену в жидком натрии // Материалы международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики». 2017, октябрь. Т. 1. С. 85-86.
Беляев И. А., Свиридов В. Г. и др.
Экспериментальный стенд для исследований теплообмена перспективных теплоносителей ядерной энергетики // Теплоэнергетика. 2017. № 11, ноябрь. С. 1–9.
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория интенсификации процессов тепломассопереноса в многофазных системах

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Энергетика и рациональное природопользование

Новосибирск

Маркидес Кристос

Кипр

2019-2021

Лаборатория перспективных эффективных технологий

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет"

Энергетика и рациональное природопользование

Новосибирск

Вуд Дэвид Хоу

Австралия

2019-2021

Лаборатория перспективной солнечной энергетики

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Энергетика и рациональное природопользование

Москва

Ди Карло Альдо

Италия

2018-2020