КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-79-00251
НазваниеРазработка методов диагностики переходных режимов теплооотдачи на основе частотного анализа флуктуаций теплогидравлических параметров
Руководитель Делов Максим Игоревич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва
Конкурс №110 - Конкурс 2025 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена
Ключевые слова Кипение, теплоотдача, режимы кипения, диагностика в энергетическом оборудовании, частотный анализ
Код ГРНТИ44.31.03
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Переходные процессы теплоотдачи могут возникать при нарушении нормальных условий эксплуатации, а также в аварийных режимах работы энергетического оборудования (ядерные реакторы, парогенераторы, теплообменники и т.п.). Так, например, в реакторных установках типа ВВЭР локальное возникновение очагов пузырькового кипения может привести к интенсивной коррозии оболочек твэлов, что приводит к их разрушению или повреждению.
В настоящий момент достаточно подробно изучены закономерности теплоотдачи к жидкости при переходных процессах. Знание таких закономерностей позволяет однозначно определить протекающие в системе физические процессы по осредненным значениям теплогидравлических параметров. Однако для проведения диагностики смены режимов теплоотдачи и определения закипания теплоносителя в реальном теплообменном оборудовании необходимо заранее экспериментально определить кривые кипения или карты режимов теплоотдачи. Во многих случаях построение таких карт режимов с учетом особенностей конструкции и протекания физических процессов в конкретном оборудовании затруднительно.
Данная работа посвящена разработке новых методов прогнозирования смены режимов теплоотдачи при помощи частотного анализа флуктуаций во времени различных физических параметров, присущих различным тепловым системам. На основе анализа разработанных методов в дальнейшем возможно построение автоматизированной системы обнаружения и предсказания наступления развитого кипения теплоносителя в энергетическом оборудовании.
Ожидаемые результаты
Основная цель настоящего проекта – разработка методов диагностики переходных режимов теплооотдачи на основе частотного анализа флуктуаций теплогидравлических параметров в воде.
В рамках проекта будут получены следующие результаты:
- Получены новые экспериментальные данные по флуктуациям температуры теплоотдающей поверхности нагревателя в переходных режимах теплоотдачи;
- Усовершенствованы методы диагностики закипания теплоносителя на основе частотного анализа флуктуаций температуры теплоотдающей поверхности;
- Получены новые экспериментальные данные по флуктуациям теплогидравлических параметров теплоносителя (температура, расход, давление теплоносителя и др.) и сопутствующим звуковым шумам при вынужденном движении и естественной циркуляции воды;
- Определены корреляции между флуктуациями температуры теплоотдающей поверхности нагревателя и флуктуациями теплогидравлических параметров теплоносителя и акустических колебаний;
- Разработаны новые методы диагностики наступления переходных режимов теплооотдачи на основе частотного анализа флуктуаций теплогидравлических параметров теплоносителя;
- Изготовлен и протестирован прототип автоматизированной диагностирующей системы для анализа переходных режимов теплоотдачи с применением современных технологий обработки больших объемов информации;
На основе полученных в результате выполнения проекта научных результатах будут предложены методики проведения экспериментальных исследований на прототипах реального энергетического оборудования для изучения флуктуаций теплогидравлических параметров теплоносителя в переходных режимах теплоотдачи. Самостоятельное проведение таких исследований в дальнейшем позволит проектным и конструкторским организациям повысить эффективность и безопасность создаваемого энергетического оборудования.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2026 году
В отчетный период работ проведена модернизация рабочего участка теплогидравлического стенда, в ходе которой сформирована продольно обтекаемая сборка из трех тепловыделяющих стержней. На модернизированном стенде получены новые экспериментальные данные по характеристикам Фурье-спектров флуктуаций температуры теплоотдающей поверхности тепловыделяющего элемента с большой тепловой инерцией в зависимости от расхода теплоносителя в переходных режимах теплоотдачи (переход от конвекции к пузырьковому кипению). На основе этих наблюдений предложен метод диагностики закипания теплоносителя по частотному анализу флуктуаций температуры теплоотдающей поверхности тепловыделяющего элемента.
Также получены новые экспериментальные данные по флуктуациям температуры теплоносителя при различных расходах в разных режимах теплообмена в рабочем участке теплогидравлического стенда, а также данные о сопутствующих звуковых шумах. Предварительные оценки показали, что на основе частотного анализа этих параметров также возможна разработка методов диагностики закипания теплоносителя.
Проведена модернизация системы автоматизированного сбора и хранения данных с теплогидравлического стенда, а также разработана новая подсистемы предобработки параметров, на базе которой в дальнейшем возможно развертывание полноценной автоматизированной системы диагностики наступления переходных режимов теплоотдачи в режиме реального времени.
Публикации
1. Павлюковский Н.В., Толоконский А.О., Куценко К.В., Стручалин П.Г., Делов М.И. Автоматизация системы контроля параметров теплогидравлического стенда для исследования переходных режимов теплообмена при естественной и вынужденной циркуляции воды Будущее атомной энергетики – AtomFuture 2025. XXI Международная научно-практическая конференция: Тезисы докладов. Обнинск, 01-02 декабря 2025 г. – Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2025. , Будущее атомной энергетики – AtomFuture 2025. XXI Международная научно-практическая конференция: Тезисы докладов, Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2025, с. 93–95. (год публикации - 2025)
2. Калаева Н.А., Делов М.И. Частотный анализ флуктуаций давления и температуры теплоносителя в переходных режимах при вынужденном движении Будущее атомной энергетики – AtomFuture 2025. XXI Международная научно-практическая конференция: Тезисы докладов. Обнинск, 01-02 декабря 2025 г. – Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2025. , Будущее атомной энергетики – AtomFuture 2025. XXI Международная научно-практическая конференция: Тезисы докладов, Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2025, с. 107–109. (год публикации - 2025)
3. Павлюковский Н.В., Толоконский А.О., Куценко К.В., Стручалин П.Г., Делов М.И. Automation of a thermohydraulic test loop parameters monitoring system for the diagnostics of transient heat transfer in natural and forced convection of water Nuclear Energy and Technology (год публикации - 2026)