Лаборатория теплофизических проблем ядерной и термоядерной энергетики

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).

• 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