Результаты моделирования канала печи спекания ядерного топлива

Шамсутдинов Р.Н., Павлов С.В., Лещенко А.Ю., Кузьмин И.В.

VIII научный семинар "Моделирование технологий ядерного топливного цикла", Снежинск, 28 января-1 февраля 2019 г.

Печь спекания является составной частью технологической линии производства таблеток смешанного нитридного уран-плутониевого топлива модуля фабрикации/рефабрикации опытно-демонстрационного энергетического комплекса АО «СХК» [1]. Спекаемый продукт в автоматической высокотемпературной горизонтальной толкательной печи спекания последовательно проходит зоны предварительного нагрева, спекания и охлаждения, для каждой из которых определены требования по составу газовых сред  [1, 2]:

• нагрев и охлаждение продукта должны осуществляться в атмосфере аргона с содержанием азота в аргоне менее 0,1% об.;
• спекание продукта должно осуществляться в азотно-аргоновой атмосфере с концентрацией азота не менее 50% об.

Разработана расчетная CFD-модель канала печи спекания в программном комплексе Ansys Fluent, с помощью которой определены геометрические и технологические параметры для канала печи, обеспечивающие выполнение заявленных требований по составу газовых сред [3, 4]. Выполнена верификация CFD-модели канала печи спекания на основе экспериментальных данных по распределению концентрации технологических газов, полученных на макете канала печи спекания. Максимальное относительное отклонение экспериментальных данных от расчетных значений не превышает 17%. Результаты расчетно-экспериментальных исследований подтвердили работоспособность заложенных технических решений при разработке канала печи спекания [5].

1. Denisov A., Reynaud V., Smirnov V., Pavlov S., Renard F, Chamovskih Y., Sergeev N., Shkurin P., Davydov A., Glushenkov A. Key features of design, manufacturing and implementation of laboratory and industrial equipment for Mixed Uranium-Plutonium Oxide (MOX) and Nitride fuel pellets fabrication in Russia, International conference on fast reactors and related fuel cycles: next generation nuclear systems for sustainable development (FR17), IAEA-CN245-563, Yekaterinburg, 26-29 June 2017.

2. Алексеев С.В., Зайцев В.А. Нитридное топливо для ядерной энергетики: Москва: Техносфера, 2013. – 240 с.

3. Ansys Inc. Ansys Fluent Theory Guide, Release 14.0. [Текст] USA: Ansys. – P.826. – 2011.

4. Лещенко А.Ю., Павлов С.В., Шамсутдинов Р.Н. Моделирование распределения газов в печи спекания для производства смешанного нитридного уран-плутониевого топлива // Тезисы докладов VI научного семинара «Моделирование технологий ядерного топливного цикла». – Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2017. – с. 28.

5. Шамсутдинов Р.Н., Павлов С.В., Лещенко А.Ю., Кузьмин И.В. Расчетно-экспериментальное обоснование конструкции рабочего канала печи спекания таблеток смешанного нитридного уран-плутониевого топлива // Сборник докладов V международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики». – Москва: ОАО «НИКИЭТ», 2018. – с. 1528-1535.