Акционерное общество «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова» входит в состав Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом». Сегодня АО «НИИЭФА» – ведущий научный, проектно-конструкторский, производственный и испытательный центр России по созданию электрофизических установок и комплексов для решения научных и прикладных задач в области физики плазмы, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц, радиационных и энергетических технологий, интроскопии.

«НИИЭФА» работает с «Проектным центром ИТЭР» по строительству первого в мире международного термоядерного экспериментального реактора. В 2015 году компания «МЦД» выполнила для «НИИЭФА» численное моделирование вынужденного течения воздушных потоков в системе охлаждения аварийных резисторов системы питания ИТЭР.

Специалисты «МЦД» исследовали отдельные фрагменты систем охлаждения аварийных резисторов и целиком обе системы охлаждения для резисторов TF и PFCS, в которых реализовано конвективное охлаждение с использованием вентиляторов на входном участке воздушного тракта.

Цель работы заключалась в анализе новых конфигураций системы охлаждения резисторов, где предполагается использование нагнетателей и новых контуров подачи воздуха для обеспечения режима вынужденного охлаждения. В качестве инструмента анализа выступал комплекс современных вычислительных технологий для подробного моделирования трехмерного нестационарного поля течения и процессов теплообмена в условиях тепловой неравновесности потока и твердотельных элементов конструкции от компании Ansys.

В работе были выполнены исследования новых компоновок системы охлаждения аварийных резисторов. Первые результаты показали недостаточность одних конструктивно-компоновочных решений для обеспечения нормативного времени охлаждения, даже при максимальной производительности вентиляторов.

Причиной существенного снижения темпа остывания отдельных модулей явился дисбаланс в расходах воздуха, идущего в параллельные участки гидродинамического тракта. В связи с этим возникла необходимость введения в модули резисторов элементов управления потоком, в качестве которых решено было использовать диафрагмы с заданными гидравлическими характеристиками.

Для оценки исходной степени неравномерности расходов воздуха и отслеживания изменений в результате принимаемых мер по выравниванию расходов вводился коэффициент неравномерности, рассчитываемый как отношение максимального значения расхода и минимального в пределах рассматриваемой группы модулей.

Расчет требуемых гидравлических характеристик диафрагм выполнялся на основе разработанной методики итерационного подбора параметров сопротивления. Методика показала хорошую сходимость для всех исследуемых фрагментов систем охлаждения, которые имеют большие конструктивные отличия между собой.

В результате переноса рассчитанных параметров сопротивления диафрагм с фрагментов на всю систему охлаждения TF и PFCS было получено удовлетворительное повторение достигнутой степени равномерности расходов в модулях. Последующее теплогидравлическое моделирование процесса остывания модулей с введёнными в систему охлаждения изменениями подтвердило возможность обеспечения требуемого нормативного времени снижения максимальной температуры резистивных элементов до необходимого значения.