Расчетно-экспериментальное моделирование разнонаправленных потоков газов в прямоугольном канале печи спекания таблеток ядерного топлива

Шамсутдинов Р.Н., Павлов С.В., Кузьмин И.В., Лещенко А.Ю. (ООО НПФ «Сосны»), Ильяшик М.И., Горбачев М.К. (АО «Прорыв», Москва)

Вестник НИЯУ МИФИ, т. 10, № 4, 2021

Приведены результаты расчетно-экспериментального моделирования распределения концентрации кислорода в аргоне в макете канала и канале печи спекания таблеток нитридного уран-плутониевого топлива при комнатной температуре. Для расчетного моделирования была использована CFD-модель канала печи, разработанная в программном комплексе Ansys Fluent. В качестве экспериментальных данных для проверки и верификации CFD-модели использовались ранее полученные данные по распределению концентрации кислорода в аргоне на разработанном экспериментальном стенде для газодинамических исследований канала печи спекания таблеток нитридного уран-плутониевого топлива. Расчетно-экспериментальным путем показана принципиальная возможность реализации трехзонного разделения газовых сред в канале печи с заданными параметрами концентраций азота и аргона, требуемыми для спекания таблеток ядерного топлива. Разработанная CFD-модель удовлетворительно описывает газодинамические процессы в канале печи спекания: в зонах нагрева, спекания и охлаждения таблеток ядерного топлива. Наилучшее совпадение расчетных и экспериментальных значений концентрации наблюдается в центральной части канала (в области нахождения лодочек с таблетками ядерного топлива). Расчетные значения концентрации кислорода в аргоне практически везде превышают соответствующие экспериментальные значения за исключением нескольких точек у поверхности имитаторов подложек с лодочками около узла подачи кислорода. Разница между расчетными и экспериментальными значениями концентрации кислорода у поверхности имитаторов подложек с лодочками находится в диапазоне от 0.1 до 6.6 об. %. Созданная CFD-модель может быть использована для выбора параметров канала печи, обеспечивающих выполнение установленных требований для состава газовых сред на рабочих температурах.

Ключевые слова: CFD, распределение газов, канал печи, ANSYS FLUENT, моделирование

Текст статьи