Теоретико-экспериментальное исследование особенностей термического разрушения твэлов быстрого реактора с различными типами топлива

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-79-10013

НазваниеТеоретико-экспериментальное исследование особенностей термического разрушения твэлов быстрого реактора с различными типами топлива

Руководитель Усов Эдуард Викторович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук , г Москва

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-504 - Ядерная и радиационная безопасность, радиоэкология

Ключевые слова твэл, тяжелая авария, моделирование, эксперимент, плавление

Код ГРНТИ58.01.77

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Развитие тяжелой аварии в ядерных энергетических установках сопровождается нарушением баланса тепла в активной зоне, повышением температуры теплоносителя, его кипением, возникновением кризиса кипения и, как следствие, плавлением твэлов. Численное моделирование термического разрушения твэлов комплексная и трудоемкая задача, так как сколько-нибудь реалистичный детерминистический расчет требует учета множества факторов и связного моделирования разнообразных физических процессов: распространения тепла с учетом плавления материалов, перемещение образовавшегося расплава, механическое и тепловое взаимодействие расплава с теплоносителем, затвердевание расплава. Основной целью представленной работы является анализ факторов, определяющих особенности перемещения расплава, который образуется при плавлении твэл. Наиболее сложными для анализа является учет контактного угла (угла смачивания) между расплавом стали и поверхностью топливного столба из диоксида урана, который для представленных материалов больше 100 градусов. В рамках предлагаемой работы должны быть реализованы численные модели для расчета движения расплава по несмачиваемой поверхности и проведен анализ факторов, оказывающих существенное влияние на процесс движения материалов: величины контактного угла между жидким металлом и топливным столбом; скорости паров теплоносителя; теплообменом между расплавом и топливным столбом. Особенности теплообмена особенно важны, так как вблизи точки плавления вязкость расплава и его плотность зависят от температуры достаточно сильно. Модели движения жидкого металла по несмачиваемой поверхности будут уточняться путем проведения экспериментальных исследований с использованием модельного жидкого металла и подложки. Особое внимание будет уделено визуализации процесса перемещения расплава.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Усов Э.В., Бутов А.А., Лежнин С.И., Лобанов П.Д. Solving the Stefan Problem in Relation to Melting of Fuel Elements of Fast Nuclear Reactors Journal of Engineering Thermophysics, No. 4, Vol. 27, pp. 545–553. (год публикации - 2018)
10.1134/S1810232818040173

2. Усов Э.В., Климонов И.А., Лежнин С.И., Лобанов П.Д., Чухно В.И. Численное моделирование особенностей движения расплава оболочки по поверхности твэла быстрого реактора с различным топливом Journal of Engineering Thermophysics (год публикации - 2019)

3. Усов Э.В., Лобанов П.Д., Климонов И.А., Кутлиметов А.Э., Бутов А.А., Кудашов И.Г., Светоносов А.И., Прибатурин Н.А. Numerical investigations of stainless steel melt motions on the surface of uranium dioxide EPJ Web of Conferences, 196, 00005 (2019) (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201919600005

4. Лобанов П.Д., Усов Э.В., Климонов И.А., Кутлиметов А.Э., Бутов А.А., Кудашов И.Г., Светоносов А.И., Прибатурин Н.А. Physical modelling of the motion of a liquid metal melt along the surface of a heated rod EPJ Web of Conferences, 196, 00009 (2019) (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201919600009

5. Усов Э.В., Климонов И.А., Лежнин С.И., Лобанов П.Д. Исследование особенностей движения расплава оболочки тепловыделяющего элемента по его поверхности во время аварии Теплофизика и аэромеханика/Thermophysics and Aeromechanics (год публикации - 2019)

6. Лобанов П.Д., Прибатурин Н.А., Светоносов А.И., Усов Э.В., Евдокименко И.А. Experimental investigation of liquid metal behavior in gas counter flow Proceedings of ICONE-27 27th International Conference on Nuclear Engineering May 19-24, 2019, Ibaraki, Japan (год публикации - 2019)

7. Чухно В.И., Бутов А.А., Усов Э.В. Investigation of different numerical schemes for simulating melt motion on the surface of fuel pin IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, conference 1, v. 1268, 012075 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1268/1/012075

8. Кудашов И.Г., Усов Э.В., Прибатурин Н.А., Чухно В.И., Бутов А.А., Климонов И.А. Numerical investigation of the fuel cladding disruption in contact with the molten metallic fuel of a sodium-cooled fast reactor Proceedings of ICONE-27 27th International Conference on Nuclear Engineering May 19-24, 2019, Ibaraki, Japan, ICONE27-1707 (год публикации - 2019)

9. Усов Э.В. Аналитическое исследование плавления твэла и движения расплава топлива по его поверхности Тезисы докладов XXXV Сибирского теплофизического семинара. 27-29 августа 2019, г. Новосибирск., с. 241 (год публикации - 2019)

10. Усов Э.В., Бутов А.А., Климонов И.А., Чухно В.И., Лобанов П.Д. Численное исследование особенностей движения расплава топлива при разрушении твэла Сборник тезисов докладов IV Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых Теплофизика и физическая гидродинамика, г. Ялта, 15-22 сентября 2019 г., с. 164 (год публикации - 2019)

11. Усов Э.В., Бутов А.А., Климонов И.А., Чухно В.И., Лобанов П.Д. Numerical simulation of the molten fuel relocation in fuel rod Journal of Physics: Conference Series, 1359 012081 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1359/1/012081

12. Жданов В.С., Климонов И.А., Лежнин С.И., Лобанов П.Д., Прибатурин Н.А., Светоносов А.И., Усов Э.В. Computation-and-Experiment Study of Behavior of Molten Metal in Fuel Element and Fuel Assembly: Preliminary Experiments and Computational Models Journal of Engineering Thermophysics, Vol. 29 No. 2 (год публикации - 2020)

13. Усов Э.В., Климонов И.А., Бутов А.А. Numerical Investigation of the Molten Metallic and Oxide Fuel Relocation along the Surface of Fuel Pin Thermal Engineering, Vol. 67, No. 2, pp. 122–128 (год публикации - 2020)
10.1134/S0040601520020056

14. Усов Э.В. Analytical investigation of the fuel rod destruction and melt relocation along the surface of the fuel rod Journal of Physics: Conference Series, 1382. 012146 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1382/1/012146

15. Лобанов П.Д. , Светоносов А.И. , Усов Э.В. Experimental study of the molten metal relocation on the surface of the heated rod Journal of Physics: Conference Series, 1565 (2020) 012075 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1565/1/012075

16. Лобанов П.Д., Усов Э.В., Светоносов А.И., Лежнин С.И. Analysis of experimental data on melting and relocation of a metal melt on a cylindrical surface Теплофизика и аэромеханика/Thermophysics and Aeromechanics, v.27. i.3, p. 457-464 (год публикации - 2020)
10.1134/S0869864320030142

17. Лобанов П.Д., Жданов В.С., Усов Э.В., Светоносов А.И., Климонов И.А. Experimental and numerical determination of the rate of mass loss and temperature evolution of the single fuel rod cladding imitator during its melting Nuclear Engineering and Design, Volume 363, July 2020, 110681 (год публикации - 2020)
10.1016/j.nucengdes.2020.110681

18. Усов Э.В., Гафиятуллин А.Р., Климонов И.А., Чухно В.И. Approaches to simulate destruction of a fuel rod with different fuel types Journal of Physics: Conference Series, Volume 1677, Issue 1, 012179 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1677/1/012179

19. Усов Э.В., Лобанов П.Д., Прибатурин Н.А. Developing Approaches to Analysis of Melt Motion on the Surface of a Fuel Pin Thermal Engineering, Vol. 68, No. 4, pp. 278–284 (год публикации - 2021)
10.1134/S0040601521030083

20. Усов Э.В., Лежнин С.И., Гафиятуллин А.Р. Comparative Analysis of Behavior of Different Fuels during Severe Accident Journal of Engineering Thermophysics, №2, vol. 30 (год публикации - 2021)
10.1134/S1810232821020016

21. Усов Э.В., Гафиятуллин А.Р., Климонов И.А., Чухно В.И. Численный расчет скорости разрушения твэлов с различными типами топлива Тезисы докладов Всероссийской конференции “XXXVI Сибирский теплофизический семинар”, 5-7 октября 2020 г., Новосибирск, с.289 (год публикации - 2020)

Публикации