Отзыв оппонента (Разработка квазиодномерных моделей гидродинамики и теплообмена двухфазных неравновесных потоков на основе универсальной системы замыкающих функций)

ОТЗЫВофициального оппонента на диссертационную работуКОРНИЕНКО ЮРИЯ НИКОЛАЕВИЧА“РАЗРАБОТКА КВАЗИОДНОМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ ГИДРОДИНАМИКИИ ТЕПЛООБМЕНА ДВУХФАЗНЫХ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПОТОКОВ НАОСНОВЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЗАМЫКАЮЩИХФУНКЦИЙ”,представленную на соискание ученой степенидоктора технических наук по специальности01.04.14 – теплофизика и теоретическая теплотехника.Диссертационнаяработа Корниенко Юрия Николаевича посвящена изучениюгидродинамики и тепло- и массообмена в двухфазных неравновесных турбулентных потоках(ДНТП),разработке и обоснованию адекватных методов понижения пространственно-временной размерности исходных 3D законов сохранения в ДНТП, обеспечению на ихоснове эффективного учёта в квазиодномерных физико-математических моделях, критерияхи программах неоднородных распределений скоростей, температур и паросодержаний посечению каналов и сборок ТВС простой и сложной форм применительно к анализу иобеспечению безопасности ЯЭУ с ВВЭР.Актуальность работы.Несмотря на заметный прогресс в изучении тепло- и массообменных процессов иотдельные успехи вычислительных экспериментов, остаются значительные трудности,связанные с моделированием и рядом нерешённых проблем методического и вычислительного характера, стоящих на пути решения систем локальных уравнений и разработкирабочих программ расчёта нестационарных двухфазных неравновесных турбулентныхпотоков (ДНТП) в 3D/2D-мерной постановках на масштабах типичных элементов отсубканала до системной модели ЯЭУ.

Имеющиеся полуэмпирические рекомендации ииспользующие их 1D системные коды («гидравлическое приближение») хотя и удобны иэкономичны в численных реализациях, но дают ошибочные результаты для дисперсных(пузырьковых и капельных) потоков в условиях высокой неравновесности в переходных иаварийных режимах ЯЭУ. Физический смысл недостатков гидравлического приближениясвязан с неучётом реальных профилей: скоростей, температур фаз и паросодержаний.Поэтому актуальной становится проблема создания эффективного по величине расчётныхсеток (контрольных объёмов (КО)) универсального метода описания ДНТП, учитывающегопрофили параметров в 1D моделях теплогидравлики и системных кодах анализа аварийныхситуаций ЯЭУ, переводящего его из 3D в класс квазиодномерных (K1М) моделей.1Разработанные ранее рекомендации были получены для ряда канонических случаев, однакоони имеют общий характер и не охватывают важные для ЯЭУ неоднородные, гетерогенныепрофили в неравновесных условиях (например «седлообразных», при кипении снедогревом).

Кроме того, и что более важно, отсутствовали модели и аналитические методыучёта таких неоднородностей для коэффициентов трения, тепло- и массообмена, чтоограничивало область применений этих теорий и рекомендаций.Указанные выше противоречия и недостатки, подтверждая актуальность стоящих проблем и«пробелы в разработанности» моделей для неравновесных условий, позволили диссертантуобоснованно сформулировать цели работы, задачи и этапы их успешного решения.Все это подчеркивает высокую научную актуальность темы диссертационной работы.Считаю, что диссертационная работа Ю.Н.

Корниенко является значительным шагомв разработке простых и пригодных в численно-аналитических исследованиях и инженернойпрактике зависимостей и критериев для учёта источников/стоков субстанций в условияхтермической и скоростной неравновесности ДНТП в коэффициентах трения, тепло- имассообмена.Перечень новых научных результатов, полученных автором, весьма обширен.С точки зрения оппонента наиболее важными и принципиальными из них являютсяследующие:1. Диссертантом разработан К1М метод, содержащий разрешение основного противоречиямежду необходимостью применения весьма трудоёмких в реализации 3D уравнений законовсохранения неравновесных двухфазных потоков и используемых в больших системныхкодах 1D полуэмпирических моделей, обеспечивая решение проблемы обоснования исниженияизлишнейконсервативностирасчётныханализовбезопасностиЯЭУ.Разработанные им К1М корректирующие поправки к традиционным моделям и замыкающимсоотношениям содержат параметры распределений и факторы формы, учитывающие вкладнеодномерных неравновесных эффектов.2.

В приближении степенных аппроксимаций профилей фаз разработана замкнутая системааналитических зависимостей для параметров распределений (ПР) Сks, входящих в уравнениязаконов сохранения ДНТП с нелинейным (гетерогенным) профилем переменных длятруб/щелей, кольцевых каналов и сборок ТВС. Доказан ряд важных лемм о свойствахдополнительности параметров распределений Сks для труб и тепловыделяющих сборок.3. Разработаны обобщённые лайон-подобные интегральные замыкающие соотношения длякоэффициентов трения, тепло- и массообмена ДНТП на основе факторов формы (ФФ) длятруб, кольцевых каналов и ТВС.24.

Исходя из двумерной модели тепло- и массопереноса получено К1М описаниеинтенсивности генерации пара при кипении с недогревом с высокой термической искоростной неравновесностью не с помощью «подгоночных» коэффициентов, а на основепараметров распределений и факторов формы. При этом разработанные диссертантом К1Ммодели наполняют расчетную методику и программу PDKA2 (кипение с недогревом) болееглубоким физическим содержанием, обеспечивая её превосходство при верификации дляусловий с высокой неравновесностью. Проведённые дискриминирующие расчётные тесты«замороженных» версий системных кодов TRAC-PF1 и RELAP5/MOD3.2 показалинеадекватность их моделей расчёта, таких характеристик как: координата отделенияпузырьков и конденсация (TRAC), а также трения и теплообмена (RELAP5).

ПредложенныеК1Мкорреляции,учитывающиеседлообразныйпрофильистинногообъёмногопаросодержания, внедрённые в код RELAP5, устранили недостаток его «замороженной»версии (ошибку до 1000% при низких числах Рейнольдса) и указали, что направлениясовершенствования К1М версии кода лежат в адекватности описания размеров дисперснойфазы и её профиля.5. В диссертационной работе критерии границ статической устойчивости (СН) инеустойчивости волн плотности (НВП) двухфазных потоков сведены к получениюканонических квадратичных форм, являющимися их аналитическими «образцовыми»,«бенчмарк» решениями, полученными из «первых принципов». Проведена верификациякритериев НВП с удовлетворительным соответствием опытным данным.ПредложеннаяК1Мсистемазамыкающихсоотношенийнаосновеусовершенствованной модели потока дрейфа и методика расчёта успешно применена впрограмме НАКРА-К1М для анализа динамических режимов и гидродинамическойустойчивости кипящих контуров естественной циркуляции инновационных проектов ЯЭУ.Все полученные в диссертационной работе результаты обладают безусловнойновизной.Выдвинутые диссертантом гипотезы позволили в лаконичной и строгой физикоматематической форме критериев для параметров распределений и факторов формы связать3D и 1D модели и методы описания ДНТП в виде законченного К1М подхода.

Впервые наоснове К1М описания законов сохранения массы, импульса и энергии ДНТП показанафундаментальная роль и иерархическая структура параметров распределений и факторовформы как мер учёта влияния гетерогенных профилей переменных и источников/стоковсубстанций. Впервые доказаны свойства дополнительности (зеркальной симметрии)обобщённых зубер-подобных параметров распределений, отражающие баланс фаз в3контрольных объемах для каналов простой и сложной форм. Впервые получены обобщённыелайон-подобные интегральные соотношения для коэффициентов трения, тепло- имассообмена в каналах простой и сложной геометрий.

Впервые выведены обобщённые К1Мкритерии границ областей статической устойчивости и неустойчивости волн плотности,обладающие большей глубиной и областью приложений. Впервые на основе полученнойканонической модели гармонического осциллятора с трением получен критерий границыобласти неустойчивости волн плотности, характеризующего его как образцовое, «бенчмарк»решение.Достоверность полученных результатов и обоснованность научных положений,выводов и рекомендаций, приведенных соискателем, подтверждается детальной проработкойнеобходимых методических вопросов.

Достоверность результатов, полученных с помощьюК1М методов, подтверждена их проверкой и сопоставлением с существующимиальтернативными методами, включая анализ и выполнение «принципа соответствия», атакже выводом канонических моделей и образцовых, «бенчмарк» решений. Выводы ирекомендации для К1М моделей обоснованы как со стороны выполнения асимптотическихпредельных переходов к существующим зависимостям, так и прямым сопоставлением сопытными данными по таким параметрам ДНТП как, аксиальные и радиальные профилиистинного объёмного паросодержания и температур, коэффициенты трения и теплообмена.Результаты верификации и валидации разработанных К1М моделей при расчётаханомальных эффектов трения и теплообмена, а также кипения с недогревом показали ихпревосходство над традиционными методиками для потоков с высокой неравновесностью.Все научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работыосновываются на проверенных и тщательно проанализированных результатах и являютсяобоснованными.Научная и практическая значимость работы.Полученные обобщённые K1М аналитические замыкающие соотношения дляпараметров распределений и факторов формы обеспечивают более широкую (по сравнениюс традиционными, полуэмпирическими) область применения в расчётно-теоретическиханализах стационарных и переходных режимов ДНТП, включая коды «улучшенных оценок»,используемые в анализах безопасности ЯЭУ.