Учёные МФТИ совместно с зарубежными коллегами подобрали оптимальный подход для расчёта тепловых режимов в двухжидкостных реакторах на жидком топливе — одних из самых перспективных установок для замыкания ядерного топливного цикла. Исследование поможет инженерам точнее проектировать системы аварийного расхолаживания таких реакторов.
В реакторах нового типа вместо традиционных твэлов планируется использовать жидкий сплав урана и хрома, который циркулирует по специальному контуру и охлаждается расплавленным свинцом. Такой подход повышает КПД примерно на треть и позволяет непрерывно перерабатывать топливо. Однако жидкий металл передаёт тепло иначе, чем вода или воздух, а существующие модели турбулентности не учитывают эту особенность, что создаёт неопределённость при расчётах температурных режимов.
Как отметили в МФТИ, если модель ошибается в расчётах температуры, это может привести либо к недооценке тепловых нагрузок, либо к излишне консервативному проектированию. Особенно важно точно знать распределение температуры для надёжного срабатывания систем безопасности.
Учёные создали компьютерную модель экспериментального реактора DFR и с помощью суперкомпьютера рассчитали движение ядерного топлива и его температуру при обтекании теплообменных стержней. Затем эталонные расчёты сравнили с прогнозами двух моделей турбулентности — сложной RSM GBSL и упрощённой k-omega-SST. Выяснилось, что простая модель справляется с задачей даже лучше.
В перспективе разработчики реакторов смогут использовать упрощённые модели в проверенных режимах и получать точные прогнозы температуры без затратного суперкомпьютерного моделирования. Полученные данные лягут в основу проектов систем аварийного расхолаживания для реакторов IV поколения.