Теоретическое и экспериментальное исследование

УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
И.С. БЫКОВ, В.И. ДЕЕВ, К.В. КУЦЕНКО, А.А. ЛАВРУХИН,
В.С. ХАРИТОНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
НЕСТАЦИОНАРНОГО КРИЗИСА КИПЕНИЯ ВОДЫ
ПРИ НАЛИЧИИ НАЧАЛЬНОГО ТЕПЛОВЫДЛЕНИЯ
В НАГРЕВАТЕЛЕ
Проведено экспериментальное исследование и предложена методика
расчета динамических характеристик нестационарного кризиса кипения
насыщенной воды при быстром увеличении мощности тепловыделения в
греющей стенке в зависимости от начального уровня тепловой нагрузки.
Показано, что доля теплоотдающей поверхности, занятой паром до момента наброса мощности тепловыделения, сильно влияет на характеристики перехода к пленочному режиму кипения. Значительные флуктуации
этой величины при заданном начальном уровне тепловой нагрузки приводят к большому разбросу экспериментальных данных.
И.С. БЫКОВ, В.И. ДЕЕВ, К.В. КУЦЕНКО, А.А. ЛАВРУХИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ДИНАМИКА СХЛОПЫВАНИЯ ПАРОВОГО ПУЗЫРЯ
ПРИ КИПЕНИИ ВОДЫ С НЕДОГРЕВОМ
Проведено расчетно-теоретическое исследование динамики парового
пузыря при кипении недогретой до температуры насыщения воды. Показано, что скорость границы схлопывающегося парового пузыря в объеме
недогретой жидкости может достичь скорости звука. При этом температура пара может составить несколько тысяч градусов. Для подтверждения
этой гипотезы проведено экспериментальное исследование. Обнаружено,
что при импульсном подводе тепла к платиновой проволочке, помещенной в большой объем недогретой воды, пережог происходит при средней
температуре значительно меньшей, чем ее температура плавления. Данный факт объясняется значительной неоднородностью температуры по
длине проволочки. При схлопывании пузыря его температура может существенно превысить температуру плавления материала, то в месте контакта пузыря с нагревателем может произойти его локальное разрушение.
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
69
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
В.И. БОЛЬШАКОВ, Л.Г. КУДРОВА, В.А. ПОНОМАРЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
СВЕТОПРОЗРАЧНОЙ ЛУЧИСТОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ
Представлено исследование радиационных характеристик композиционных наноматериалов на основе металлизированных покрытий.
Во многих случаях, когда лучистые потери не могут быть компенсированы конвективным подводом тепла, необходимо предпринимать меры
по их устранению. Это особенно важно в аэрокосмической, металлургической отраслях, медицине, причем применяемая защита не должна искажать цветовосприятие человека. Композиционные материалы на основе
полиметилметакрилата и супертонкого слоя серебра образуют псевдопористый слой с размерами пустот и металлических образований 0.1 – 0.2
мкм. Исследование структуры такого покрытия прямыми и косвенными
методами подтвердило возможность создания аналогичной пористой,
прочной и дешевой пленки на основе алюминия с искусственным созданием пустотной сетки-матрицы.
В.Б. КРУГЛОВ, И.Г. ПОЗДЕЕВА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЭЛОВ
С ВИБРОУПЛОТНЕННЫМ ТОПЛИВОМ ДЛЯ РЕАКТОРОВ ТИПА
БН-600 НЕСТАЦИОНАРНЫМ МЕТОДОМ
Предложен метод определения температуропроводности топливного
сердечника, тепловой проводимости контакта топливо-оболочка, теплоемкости для тепловыделяющих элементов реакторов типа БН-600 с
виброуплотненным топливом. Определены характеристики экспериментальной установки и сформулированы требования к измерительной аппаратуре. Сделан вывод о необходимости создания специализированного
блока нагрева и пирометра для регистрации изменения температуры.
70
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
И.Е. ГОЛУБЕВ, С.А. МАЙСТРЕНКОВ
ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических
материалов им. А.А. Бочвара, Москва
РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ
МИКРОТОПЛИВНЫХ ЧАСТИЦ С ПЛОСКИМИ ГРАНЯМИ
Микротопливные элементы с многослойным покрытием (МТ) уже зарекомендовали себя в атомной отрасли. Их способность удерживать продукты деления,
обеспечивать более высокое выгорание объясняют интерес к исследованиям данного типа топлива. В традиционных расчётных моделях предполагается идеальная
сферичность МТ. Однако при изготовлении, не удается получить идеальную форму топливных частиц. Высокие требования по удержанию продуктов деления,
предъявляемые к топливу современных реакторов, привели к необходимости расчетного моделирования поведения МТ, имеющих отклонения от сферической
симметрии в условиях реакторного облучения. В данной работе исследовалось
напряженно-деформированное состояние покрытий МТ, имеющих плоские грани.
Сравнивались различные критерии надежности топливных частиц.
И.А. МОЛЕВ, С.Б. ВЫГОВСКИЙ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
УТОЧНЕНИЕ МОДЕЛИ ОСТАТОЧНОГО ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ
В АКТИВНОЙ ЗОНЕ ЯЭУ И ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАННОЙ
МОДЕЛИ НА АЭС С РЕАКТОРОМ ВВЭР-1000
Представлена модель остаточного энерговыделения в активной зоне
реактора ВВЭР. Особенностью модели является то, что в ней уточняется
стандарт американского ядерного общества по экспериментальным данным Балаковской АЭС по остаточному энерговыделению тепловыделяющих сборок, хранившихся в бассейне выдержки, и по экспериментальным
данным Волгодонской АЭС по аварийному режиму, связанному с непосадкой предохранительного клапана на одном из парогенераторов. В
настоящее время модель используется в полномасштабном тренажере 3-го
блока Калининской АЭС, анализаторе реакторной установки ВВЭР-1000 в
ядерно-физической лаборатории Калининской АЭС и анализаторе реактора ВВЭР-1000 в ядерно-физической лаборатории Волгодонской АЭС
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
71
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
С.Ю. ЯКИМЧУК1, А.С. КОЛОКОЛ2, В.С. ХАРИТОНОВ1
1Московский
инженерно-физический институт (государственный университет)
научный центр «Курчатовский институт», Москва
2Российский
ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ТЕРМОДИНАМИКИ РЕГУЛЯРНОЙ РЕШЕТКИ
МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
При построении молекулярно-динамической (МД) модели кристаллической решетки важным является точный выбор параметра элементарной
ячейки. Как правило, при МД-расчетах этому вопросу уделяется мало
внимание. Между тем, коллективная динамика регулярной решетки может вносить существенный вклад на результаты МД-моделирования.
В докладе проведено молекулярно динамическое моделирование диоксида урана в широком температурном диапазоне от 298 К до 3000 К.
Представлено сравнение различных парных потенциалов взаимодействия.
Изучено влияние размера элементарной решетки на характеристики МДмодели, в частности, на масштабы флуктуаций статического давления.
В.И. ДЕЕВ, Е.А. ПРУШИНСКАЯ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПЛАВУЧАЯ АТЭЦ ДЛЯ УДАЛЕННЫХ РАЙОНОВ СЕВЕРА
Приведены данные расчетов тепловой схемы и элементов основного
энергооборудования плавучей атомной энергетической установки с ядерным реактором типа КЛТ-40 для снабжения электрической энергией и
теплом промышленных поселков в прибрежных районах крайнего Севера.
Принятая в проекте общая тепловая мощность энергоблока составляет
150 МВт, электрическая мощность в номинальных режимах эксплуатации
– 70 МВт, тепловая энергия, передаваемая потребителю – 50 Гкал/ч.
Представлены результаты эскизной проработки конструкции прямоточного парогенератора, состоящего из 37-ми отдельных змеевиковых модулей,
вырабатывающих перегретый пар давлением 3,72 МПа с температурой
290С. Теплофикационная вода давлением 2,3 МПа с температурами на
входе/выходе сетевого контура 130/70С подогревается в кожухотрубчатых теплообменниках паром, отбираемым из турбины при давлении
0,32 МПа.
72
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
Д.П. КОРОТКОВ, А.С. МАЙРАПЕТЯН, В.С. ХАРИТОНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ОТКЛИКА ВТСП БОЛОМЕТРА
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ МАЛОЙ
СКВАЖНОСТИ
Данная работа посвящена исследованию теплового отклика ВТСП болометра на основе Bi-Sr-Ca-Cu-O, при воздействии оптических импульсов
малой скважности. Была проведена проверка деградации болометрической пленки от времени по прошествии 10 лет эксплуатации и хранения в
естественных условиях. Проведено исследование тепловой релаксации
болометра при воздействии оптических импульсов длиной волны
820…850 нм и длительностью 100 нс. Приведены описания экспериментальной установки, схемы эксперимента и результаты анализа полученных данных.Методика и результаты исследований могут быть полезны
при разработке датчиков в оптических системах связи и тепловых детекторов.
М.М. ЛЯХОВИЦКИЙ, В.В. РОЩУПКИН, М.А. ПОКРАСИН,
Н.А. МИНИНА, А.Г. КОЛЬЦОВ1, Н.Л. СОБОЛЬ
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
инженерно-физический институт (государственный университет)
1Московский
ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ И ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ СТАЛИ ЭК-173
Приводятся данные акустических и дилатометрических исследований
стали ЭК-173 в диапазоне 20-1000ºС.
Исследуемая сталь представляет собой нержавеющую сталь аустенитного класса со следующим содержанием основных легирующих элементов :Ti - 2,1%, Cr - 17,9%, Mn – 1.67%, Ni – 41%, Mo – 5,17%.
Измерения акустических параметров проводилось на коротких проволочных образцах с помощью акустического комплекса АКПАР.
Измерения измерений линейных размеров образцов проводились на
высокоскоростном термическом дилатометре DL-1500-RH.
По результатам измерений получена также температурная зависимость
модуля Юнга в исследуемом температурном интервале.
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
73
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
М.М. ВАСЮКОВ, А.В. ОСИНЦЕВ, В.П. ЩЕПИНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ ПОСЛЕ ПОТЕРИ
УСТОЙЧИВОСТИ МЕТОДОМ РЕАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В ряде случаев достижение нагрузкой величины потери устойчивости
не несет за собой негативных последствий, и эксплуатация узла, при
соблюдении ограничений на возникающие прогибы, может быть
продолжена. Так, например, может быть продолжена эксплуатация
потерявшего устойчивость защитного чехла системы контроля
температуры теплоносителя в трубопроводах реактора ВВЭР-1000 за счет
его остаточной жесткости. Предложен алгоритм, основанный на методе
реальных элементов, который позволяет моделировать поведение
стержней, после потери ими устойчивости. Рассмотрены основные
варианты закрепления стержней, действие разных видов нагрузок –
сосредоточенной и распределенной, а также поведение ступенчатого
стержня. Результаты расчетов сравнивались с результатами расчетов
другими методами, а также с результатами экспериментов.
А.В. ОСИНЦЕВ, А.С. ПЛОТНИКОВ, В.П. ЩЕПИНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТРУБНОЙ ДОСКИ
МЕТОДАМИ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
И КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Представлены результаты экспериментального исследования методом
голографической интерферометрии полей упругих прогибов часто перфорированной трубной доски, нагруженной равномерно распределенной
нагрузкой. Установлена нагрузка, соответствующей появлению начальных остаточных прогибов. Дается сравнение полученных экспериментальных результатов с данными расчета полей упругих прогибов методом
конечных элементов.
74
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
А.С. КОТЕЛЬНИКОВ, Е.М. МОРОЗОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ ОТЫСКАНИЯ
ТРАЕКТОРИИ ТРЕЩИНЫ
Предложен метод расчета траектории трещин в твердых телах при их
механическом разрушении, исходя из предположения, что искомая траектория представляет собой обобщенную геодезическую линию. В таком
случае траектория трещины представляет собой экстремаль, находимую
из вариационной задачи, в которой функционал представляет собой длину
линии трещины на заданной поверхности тела в двумерном пространстве,
метрика которого зависит от напряженного или деформированного состояния и задается на основе интуитивных соображений. Решено несколько
задач с вполне приемлемыми результатами.
Л.П. ЛОШМАНОВ, П.В. ФЕДОТОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОХРУПЧИВАНИЕ МОЛИБДЕНА ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ
ДЕФОРМАЦИИ
Приводятся результаты испытаний металлокерамического молибдена в
интервале температур от – 100 до +350° и скоростей деформаций от
3,4·10-3 до 4·104 с-1. При всех скоростях деформации использовались цилиндрические образцы с длиной рабочей части 5 мм и диаметром 2,5 мм.
Выбор геометрии образца продиктован необходимостью создания квазистатического напряженного состояния по длине его рабочей части при
высокоскоростных механических испытаниях. Впервые примененный при
исследовании молибдена интервал скоростей деформаций позволил установить закономерности изменения прочностных и деформационных характеристик. Высказано предположение о существовании некой критической скорости деформации молибдена.
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
75
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
В. В. ИСАЧЕНКО, Д.А. НАМЕЕВ, Ю. В. СВИРИДЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ФОТОУПРУГОСТИ
ДЛЯ АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
В настоящей работе показана возможность применения современных
цифровых средств для получения и анализа интерференционных картин
полос, при проведении исследований напряженно-деформированного состояния конструкций методом фотоупругости с помощью оптическичувствительных покрытий. С помощью цифровой фотоупругости осуществлено решение ряда задач с применением различных методов анализа
картин полос. Предлагаются численные алгоритмы получения полного
порядка полосы и параметра изоклины, а также разделения главных
напряжений по результатам измерений. Применение цифровой фотоупругости позволяет построить эффективную автоматизированную информационно-измерительную систему для анализа напряжений и деформаций.
Ю.В. СВИРИДЕНКО, В.В. ИСАЧЕНКО, П.А. ВЕДЕРНИКОВ 1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1ОАО Опытное конструкторское бюро «Гидропресс», Подольск
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ МЕТОДОМ НАРАЩИВАНИЯ
ТОНКОЙ ПРОРЕЗИ
В рассматриваемом методе определение остаточных напряжений в
произвольных сечениях тела основано на измерении параметров напряженно-деформированного состояния вблизи создаваемых тонких прорезей. В работе проведен статистический анализ погрешностей определения
остаточных напряжений, на основе численных экспериментов произведена оценка возможности применения метода в зонах с высокими градиентами остаточных напряжений, рассмотрено влияние на результаты измерений таких факторов, как ширина создаваемой прорези, наличие пластической зоны в вершине прорези и метод измерения параметров напряженно-деформированного состояния. Приводятся рекомендации по постановке эксперимента.
76
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
В.Н. СИМОНОВ, Н.Л. МАТИСОН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ТРЕХМЕРНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
РЕЗОНАНСНОГО СЕНСОРА ДАВЛЕНИЯ
Конструкция и технология сенсоров достаточно сложна для экспериментальной отработки оптимальных соотношений. Поэтому с целью снижения затрат на разработку нового прецизионного сенсора давления авторами разработана трёхмерная математическая модель резонансного сенсора давления, выполненного из монокристаллического кварца. В основу
модели положен метод конечных элементов. Модель позволяет рассчитать поля механических напряжений, вызываемые как воздействием рабочего измеряемого давления, так и различием температурных коэффициентов кристаллического кварца и легкоплавкого стекла, применяемого для
сборки сенсора. Показано, что температурные напряжения в стеклоспаях
конструкции приближаются по величине к рабочим напряжениям и могут
служить источником снижения точности сенсоров.
Л.П. ЛОШМАНОВ, П.В. ФЕДОТОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ
ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОДЕЛИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ СПЛАВА Э110
В УСЛОВИЯХ ПРОЕКТНЫХ АВАРИЙ РЕАКТОРОВ ВВЭР
В работе проведен анализ данных о пределе текучести сплава Э110 в интервале температур от 77 до 973 К при скоростях деформации от 10 -4 до
104 с-1, рассмотрено влияние нейтронного облучения до флюенса 4∙1022
см-1. С применением линейного регрессионного анализа определены коэффициенты зависимости предела текучести от параметров нагружения.
Проверена адекватность применяемых уравнений по критерию Фишера,
критерию Стьюдента, вычислен коэффициент детерминации. Проведена
оценка погрешности расчета предела текучести с использованием универсальной модели деформирования сплава Э110.
ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1
77