Отзыв оппонента (Исследование теплообмена жидкого металла в плоском вертикальном канале в компланарном магнитном поле применительно к системе охлаждения реактора-токамака)

отзыв официального оппонента на диссертационную работу Пятницкой Натальи Юрьевны "Исследование теплообмена жидкого металла в плоском вертикальном канале в компланарпом магнитном поле применительно к системе охлаждения реактора-токамака", представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14- Теплофизика и теоретическая теплотехника Актуальность темы исследования Жидкие металлы (ЖМ) — один из типов теплоносителей, которые активно используются в ядерных энергоустановках нового поколения. Характерным примером является термоядерный реактор-токамак. Однако закономерности гидродинамики и теплообмена ЖМ изучены недостаточно особенно в условиях реактора-токамака, где течение теплоносителя происходит в сильных магнитных полях.

Поскольку жидкие металлы являются электропроводной жидкостью, наличие магнитного поля (МП) приводит к деформации полей скорости и температуры, что в свою очередь приводит к изменению гидравлического сопротивления и характеристик теплообмена в потоке. Для технической реализации такой концепции охлаждения необходимы масштабные экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена в условиях, максимально приближенных к реальным, где жидкометаллический тепло носитель циркулирует при одновременном воздействии магнитного поля и термо гравитационной конвекции. С практической точки зрения целесообразно иметь количественные оценки, полученные с помощью простой математической модели, которая отражала бы общую картину течения ЖМ в компланарном МП.

Такой подход требует меньших вычислительных мощностей в сравнении с 1.ЕБ, 1УМЯ, однако для его реализации необходимы замыкающие соотношения для турбулентного трения и потока тепла в уравнениях переноса импульса и энергии. Одним из наиболее простых способов моделирования турбулентного переноса в каналах простой геометрии является использование алгебраической модели турбулентной вязкости, которая учитывает турбулентный перенос импульса и энергии в соответствующих уравнениях.

К этому актуальному направлению научных работ принадлежит диссертация Пятницкой Н.1О. Научная новизна положений, результатов и выводов, сформулированных в диссертации Соискателем проведено экспериментальное и численное исследование характеристик теплообмена электропроводной жидкости (жидкого металла) в условиях воздействия магнитного поля и слабой термогравитационной конвекции в вертикальном прямоугольном канале и получены следующие основные результаты, обладающие научной новизной: - Впервые получены экспериментальные данные по полям осредненной температуры, интенсивности температурных пульсаций, температуре стенки, статистическим характеристикам пульсаций температуры при опускном и подъемном течении жидкого металла (ртути) в прямоугольном канале в компланарном магнитном поле при симметричном обогреве в достаточно широком диапазоне режимных параметров: чисел Рейнольдса В.е=(10-50) 10', Гартмана Е1а=0-500, Грасгофа 6~=0-7 108.

Предложена алгебраическая модель подавления турбулентности компланарным магнитным полем при слабом влиянии термогравитационной конвекции. Обнаружена аналогия между степенью подавления турбулентного переноса компланарным полем в прямоугольном канале и поперечным полем в круглой трубе.

С использованием предложенной модели в среде АХЕБ20ХЕ проведено численное моделирование теплообмена при течении жидкого металла в прямоугольном канале в комплапарном магнитном поле. Проведенное сравнение результатов расчета с экспериментальными данными по изменению безразмерной температуры стенки по периметру канала показало их неплохое соответствие. Практическая ценность работы и реализация ее результатов Полученные опытные данные о коэффициентах теплоотдачи, полях осредненной температуры и температурных пульсаций могут быть использованы как при конструкторских проработках теплообменных систем реактора-токамака, так и для валидации компьютерных кодов численного моделирования процессов теплообмена. Предложенная алгебраическая модель подавления турбулентности позволяет проводить инженерные оценочные расчеты процессов теплообмена в условиях существенного воздействия магнитного поля.

Степень обоснованности и достоверности положений, выводов и заключений, сформулированных в диссертации Степень достоверности и обоснованности основных результатов, выносимых на защиту обеспечивается: использованием методики измерений, которая хорошо себя зарекомендовала и была многократно апробирована в ранее проведенных исследованиях на кафедре инженерной теплофизики, предварительной тарировкой всех используемых датчиков; автоматизацией эксперимента с помощью современного оборудования, статистической обработкой больших массивов первичных данных, выполненной в программной среде ЬаЪ'Ч1Е%, библиотекой эффективных программ статистического анализа данных; соответствием полученных данных общим физическим представлениям о характере воздействия компланарного магнитного поля на турбулентность.

Оценка структуры и содержания диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений и сокращений и списка литературы, состоящего из 62 наименований. Полный объем работы составляет 129 страниц. Работа написана с использованием общепринятой научной терминологии. В целом, работа Н.Ю. Пятницкой представляет собой законченное научно-квалификационное исследование, в котором проведено экспериментальное и расчетное исследование опускного и подъемного течения жидкого металла в вертикальном прямоугольном канале под воздействием компланарного магнитного поля при слабом влиянии термогравитационной конвекции. Работа имеет важное прикладное значение при проведении конструкторских проработок и инженерных расчетов теплообменных систем реактора-токамака.

Полученные в работе данные могут быть использованы при разработке перспективных ядерных энергетических установок с жидкометаллическими теплоносителями. Замечания по диссертационной работе 1. Для приведенных в диссертационной работе результатов экспериментального исследования не указаны значения чисел Грасгофа, что не позволяет оценить границы влияния термогравитационной конвекции. 2. Не описана процедура получения зависимости для коэффициента подавления магнитным полем турбулентного переноса у(На, Ке) в выражении для турбулентной вязкости. Как следует из диссертационной работы, величина ~ехр(-На~/2й.е) оказалась совпадающей с соответствующей величиной для течения в трубе в поперечном магнитном поле, что должно быть подтверждено анализом профилей скорости и температуры для двух этих случаев, 3.

Верификация предложенной в диссертации экспоненциальной зависимости турбулентной вязкости от параметра МГД-взаимодействия проведена только для безразмерной температуры стенки канала. Расчеты полей температур по сечению канала и сравнение результатов расчета с полученными в диссертационной работе экспериментальными данными позволило бы дать более обоснованную оценку этой зависимости. Сделанные по работе замечания в основном относятся к представлению полученных результатов и носят характер пожеланий по направлению дальнейшего развития работы. Диссертация выполнена на высоком профессиональном уровне, квалификационная состоятельность работы не вызывает сомнений. Научная значимость и новизна результатов исследований Пятницкой Н.Ю. подтверждена 3-мя публикациями в рецензируемых российских и зарубежных изданиях (2 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК), а также участием в 7-ми российских и международных конференциях.

Автореферат и опубликованные работы в полной мере отражают содержание диссертации и полученные автором основные результаты. Тема и содержание диссертации соответствует паспорту специальности 01.04.14— Теплофизика и теоретическая теплотехника.

Диссертационная работа по объему, степени обоснованности научных положений, значимости выводов для науки и практики отвечает требованиям п. 9 Положения о порядке присуждения ученых степеней ВАК и заслуживает положительной оценки, а ее автор, Пятницкая Наталья Юрьевна,— присуждения ей ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 — «Теплофизика и теоретическая теплотехника». Официальный оппонент, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории гиперзвуковой аэродинамики Научноисследовательского института механики МГУ ,ь~) Лущик Валерий Григорьевич « - 2- » мая 2018 г. Тел.: 47 (495) 939-3888, е-лаа!3: ~Я 4 ааап аИ еа Научно-исследовательский институт механики 119192, г.Москва, Мичуринский проспект, дом 1, тел.: +7 (495) 939-31-21, е-та11: Подпись В.Г.

Лущика зав Директор НИИ механики Ю.М. Окунев Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, .