Отзыв оппонента (Разработка квазиодномерных моделей гидродинамики и теплообмена двухфазных неравновесных потоков на основе универсальной системы замыкающих функций), страница 2

Построенные в обобщённых переменных этисоотношения предназначены для прогнозирования теплогидравлических характеристикоборудования в тех областях, экспериментальное исследование которых в настоящее времяневозможно или затруднено, в частности, в проектных исследованиях границ статическойнеустойчивости и неустойчивости волн плотности, а также при анализах теплогидравлики наразличных стадиях аварий с потерей теплоносителя в ЯЭУ. Разработанные расчётные4методики и программы PDKA2 (кипение с недогревом) и НАКРА-К1М (переходные режимыи волны плотности) являются универсальными рабочими инструментами для исследованийнеравновесных двухфазных потоков, верификации и кросс-верификации их модельныхописаний и средств измерения.Результаты диссертации можно рекомендовать для использования в ФГАОУ ВО«Национальныйисследовательскийисследовательскомцентреядерныйуниверситет«Курчатовскийинститут»,«МИФИ»,НациональномАкционерномобществе«Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетическийинститут имени А.И.

Лейпунского», ФГБУН Институт высоких температур РАН (ОИВТРАН), ФГАОУ ВО «Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана (Национальный исследовательский университет), Национальном исследовательскомуниверситете «Московский энергетический институт» (ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»), ФГБУНИнститут механики сплошных средУрО РАН (ИМСС УрО РАН), ФГБУН Институтпроблем безопасного развития атомной энергетики РАН (ИБРАЕ РАН), ФГБУН Институттеплофизики им.

С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СОРАН), ФГБУН Институт теплофизики Уральского отделения Российской академии наук(ИТФ УрО РАН), Институте механики МГУ им. М.В. Ломоносова,ФГБУН Институтпроблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН (ИПМех РАН), в профильных отраслевыхНИИ и предприятиях атомной энергетики.Результаты проведенных теоретических исследований такжецелесообразнорекомендовать для студентов вузов и аспирантов в учебном процессе.Диссертация состоит из Введения, семи глав и Заключения, списка цитируемойлитературы из328 наименований на 26 страницах. Работа изложена на 295 страницахосновного текста (85 рисунков и 27 таблиц), содержит Приложения А-Р на 89 страницах (48рисунков и 12 таблиц).Во Введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы ее цели изадачи, научная новизна, достоверность, практическая значимость и результаты, выносимыена защиту.В главе 1 приведён обширный и весьма профессионально подготовленный обзорметодов моделирования и расчёта теплогидравлики много- (двух)фазных неравновесныхпотоков, используемых для анализа переходных и аварийных режимов высоконапряжённогооборудования ЯЭУ, показано место К1М моделей.

В данном обзоре и анализе последнихдостижений в области физико-математического 3D описания аварийных режимов ДТНП вЯЭУ, приведены основные формулировки моделей кодов CMFD, а также примеры расчёта с52D одножидкостными моделями. Продемонстрирована иерархия моделей и допущений: отобщих – к частным, от хорошо обоснованных – к слабо обоснованным. Последнеенепосредственно влияет на степень завершённости разрабатываемых кодов для анализапереходных и аварийных режимов ЯЭУ, стимулируя, в свою очередь, разработку болеесовершенных и эффективных моделей. Определены место, актуальность и связь сфундаментальнымиформулировками,атакжеобластипрактическихпримененийквазиодномерного подхода.

Показано, что нелинейность и многомерность явленийгидродинамики и теплообмена в двухфазных неравновесных потоках требуют учёта «тонкойструктуры» течения у стенок канала и на поверхности раздела фаз, что приводит кнеобходимости измельчения пространственных и временных шагов, часто за пределы попамятиибыстродействиюсерийныхкомпьютеров.Поэтомувозникаетпроблемамасштабирования, иными словами – увеличения и оптимизации размеров контрольногообъёма, а также корректности описания осреднённых параметров неравновесных потоков внём.

Отмечено, что существующие наиболее общие четырёхполевые двухжидкостныемодели локальных явлений удовлетворительно предсказывают поведение характеристикДТНП лишь для некоторых изотермических задач. Обоснованно указано, что в настоящеевремя не имеется достаточно опытных данных для обобщения и валидации моделей изамыкающихсоотношений,вчастности,дляусловийс высокойскоростной итермодинамической неравновесностью фаз в поле течения. Недостаток этот типичен и длямоделей более низкого ранга, таких как двух- одно-жидкостные модели и модели потокадрейфа, а также для их 1D-х реализаций.В главе 2 представлены и обоснованы основные физико-математические свойствапараметров распределений, включая леммы об интегральных свойствах, и количественныеоценки ПР. В приближении степенных аппроксимаций профилей параметров фаздиссертантом получена замкнутая в рамках модели потока дрейфа система аналитическихзависимостей для параметров распределений Сks, входящих в уравнения неразрывности,энергии и количества движения, двухфазного неравновесного потока с неравномернымпрофилем параметров, а также в каналах кольцевой формы и сборках стержней на основедвух-, или N-зонной моделей с монотонным распределением переменных.

Замыкающиесоотношения для параметров распределений и леммы для сложных условий и геометриикольцевых каналов и сборок ТВС, полученные на основе разбиения областей течения наосесимметричные кольцевые (щелевые) зоны (сегменты), представлены в виде суперпозицииисходных решений для простых каналов.

Предложенные подходы позволяют проводитьсистематический анализ, как пределов применимости одномерной теории, так иколичественную оценку погрешностей одномерной модели, в том числе и для областей с6неоднородным изменением радиальных и азимутальных параметров. Показано, что, в целом,применение двух или N-зонных квазиодномерных приближенных методов моделированияуточняет направления совершенствования одномерных кодов, логику и количественныеформы связей одномерных и многомерных расчётных моделей.Глава 3 содержит вывод обобщённых аналитических зависимостей для пристенноготрения, тепло-и массообмена, основанных на ФФ К1М моделей ДНТП, их анализ,верификации и количественные оценки для каналов простой и сложной геометрии.

В целом,предложенный К1М метод представляет основу для наиболее полного, теоретическипоследовательного и строгого учёта эффектов радиальной и азимутальной неоднородности.Он логично увязывает между собой локальные, интегральные и фрагментарные модели,необходимые для разработки и обоснования улучшенных замыкающих соотношенийтеплогидравлики в трубах, каналах и субканалах сборок ТВС.В главе 4 приводится редукция, анализ и синтез К1М замыкающих соотношенийдля коэффициентов трения тепло- и массообмена в неоднородных потоках, включаяпредельныепереходы,подтверждающиевыполнение«принципасоответствия».С математической точки зрения, дальнейшее углубление К1М моделей и их связь срешением краевых задач гидродинамики и теплообмена, связаны с использованием аппаратаматематической физики, сопряжённых функций, вариационных принципов (функционалов)идругихметодов,вообщеговоря,объединяемыхиобобщаемыхпонятиямифункционального анализа.

Таким образом, квазиодномерный подход представляет собойинтерфейс между одно- и многомерными методами, обеспечивая учёт в 1D кодахнеоднородных 2D и 3D полей переменных на основе численных и аналитическихусовершенствований моделей теплогидравлики.Глава 5 представляет К1М метод расчёта теплогидравлических характеристиктеплоносителя при кипении с недогревом на основе канонической модели, а также еёверификациюнабазахопытныхданныхсвысокойстепеньюнеравновесности.Диссертантом предложена расчётная зависимость для суммарной интенсивности генерациипара при кипении с недогревом, полученная на основе модельной трактовки аксиальной ирадиальной составляющих тепло- и массопереноса. Принципиальным отличием настоящейметодики от существующих является учёт радиальных распределений параметров фаз исвязанных с ними термической и скоростной неравновесностей не с помощью«подгоночных» коэффициентов, а на основе параметров распределений и факторов формы.Убедительно показано, что предложенные замыкающие соотношения для интенсивностигенерации и конденсации пара, а также для ПР и ФФ профиля плотности представляют7собой законченную К1М (в двухзонном приближении) модель расчёта кипящего снедогревом ДНТП.В главе 6 представлены примеры верификации больших системных кодов (БСКTRAC-PF1 и RELAP5/MOD3.2).

Сравнение с «замороженной» версией кода RELAP5показало превосходство К1М моделей трения и теплообмена для описания ДНТП. Показано,что предложенный К1М подход в виде двухзонной модели и факторов формы, учитывающихседлообразный профиль истинного объёмного паро(газо)-содержания, а также эмпирическойкорреляции для описания этой неоднородности успешно внедрён в код RELAP5/MOD3.2 ипродемонстрировал расширение диапазонов его работы.В главе 7 представлен K1M подход в анализах устойчивости и динамики ДНТП,приведены выводы, анализ и верификация (на базах данных с высокой неравновесностью)новых обобщённых К1М критериев границ областей СН и НВП в системах каналов сподъёмными участками. Проведено сопоставление с имеющимися рекомендациями иданными.

Представлена программа расчёта НАКРА-К1М переходных режимов ДНТП,использующая К1М модели ПР и ФФ, и примеры её верификации. Полученные результатыверификации программы НАКРА-К1М показали вполне удовлетворительное совпадение сэкспериментальными данными по стационарным, переходным и колебательным режимам вконтурах ЕЦ, моделирующих кипящий реактор типа BWR (контур F.J. Dijkman) и АтомнуюСтанцию Теплоснабжения (АСТ -электро-обогреваемый канал-модуль ФЭИ), включаярасчёт амплитуд и частот колебаний вблизи границ гидродинамической неустойчивости.Показано демпфирующее воздействие К1М коррекций на динамическое поведениерассчитываемыхпараметровколебаний.Этоподтверждением адекватности описания двухфазногоявляетсянадежнымчисленнымнеравновесного потока на основепредложенных К1М моделей.В конце работы в Заключении приводятся четко сформулированные общие выводы,убедительно обоснованные в диссертационной работе.По содержанию работы имеется несколько замечаний, которые возникли у оппонентав силу некоторых недостатков работы:1.Из анализа текста диссертации не ясно, какие величины температурных напоровзадавались в расчетных моделях для начала закипания жидкости в каналах и сборкахТВС, включая режимы кипения с недогревом, в том числе, в модели программы НАКРАК1М (и при её верификации, Приложение Р) при линейном и ступенчатом законах вводамощности.