Регистрация / Вход
Прислать материал

Экспериментальное исследование теплообмена при течении жидкого металла в трубе на ртутном МГД-стенде применительно к перспективной энергетике

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.518.11.7019
Организация
ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"
Руководитель работ
Валентин Георгиевич

Опережающее развитие приборной базы научных исследований по приоритетным направлениям Программы и проведение исследований с использованием уникальной экспериментальной базы.

Этапы проекта

1
18.04.2007 - 30.06.2007
Краткое описание выполненных работ:
- усовершенствованы методы измерения локальных характеристик неизотермической турбулентности и методики применения специальных датчиков физических величин для измерения полей скорости, пригодных для работы в жидком металле;
- усовершенствованы зондовые методы для исследования трёхмерных полей осреднённой и пульсационной температуры, продольных и поперечных компонент пульсаций скорости, временных, пространственных и пространственно-временных корреляционных функций, спектров и масштабов;
- проведены маркетинговые исследования, разработаны спецификации закупаемого спецоборудования, разработана документация для конкурсных торгов, закуплено оборудование, не требующее торгов;
- проведены исследования теплообмена при течении жидкого металла в наклонной трубе с однородным обогревом в продольном магнитном поле;
- подготовлен экспериментальный ртутный стенд для проведения новых экспериментов в наклонной трубе в продольном магнитном поле;
- получены новые результаты экспериментальных исследований полей осредненной температуры, распределений локальных и средних коэффициентов теплоотдачи, статистических характеристик пульсаций температуры, интенсивности спектров, автокорреляционных функций в сечении трубы - диапазон режимных параметров по числам Рейнольдса 10000-50000, Гартмана 0-500, Грасгофа (1-10)108;
- проведён анализ и сравнение с аналогичными данными, полученными в горизонтальной трубе;
- разработана концепция и программа развития УСУ на 2007 – 2010 годы;
Развернуть
2
01.07.2007 - 31.12.2007
Получены новые оригинальные результаты измерений полей осредненной температуры, распределений локальных и средних коэффициентов теплоотдачи, статистических характеристик пульсаций температуры (диапазон режимных параметров по числам Рейнольдса 10000-100000, Гартмана 0-500, Грасгофа 1-10108 в условиях различных вариантов обогрева:
- обогрев только сверху (устойчивая стратификация);
- обогрев только снизу (неустойчивая стратификация);
- промежуточные случаи.
Проведён анализ и сравнение новых экспериментальных значений с аналогичными, полученными на предыдущих этапах экспериментов в продольном поле.
Разработана спецификация и проведена закупка и поставка нового современного оборудования для переоснащения экспериментального стенда и оснащения метрологической лаборатории, проведена комплексная отладка аппаратно-программного обеспечения модифицированной системы автоматизации стенда.
Проведён обзор современного состояния исследований течения и теплообмена жидкометаллических теплоносителей.

Основные характеристики. Модернизированный за счёт дооснащения системы автоматизации новым оборудованием экспериментальный ртутный стенд позволяет реализовать условия течения жидкометаллического теплоносителя в следующем диапазоне режимных параметров: число Рейнольдса Re - до 120000 (Пекле Pe – до 3000); Грасгофа Grq - до 3  108 (Рэлея Ra - до 107); Гартмана На - 0  550.
Степень внедрения. Ртутный стенд успешно прошёл экспериментальный цикл и может использоваться для продолжения уникальных теплофизических экспериментов.
Область применения. МГД-насосы и МГД-движители, теплообменные каналы жидкометаллических бланкета и дивертора термоядерных реакторов-токомаков.
Экономическая эффективность и значимость работы. Проведённые на уникальном ртутном стенде на первом и втором этапе проекта по государственному контракту № 02.518.11.7019 эксперименты подтверждают значимость и актуальность нового выбранного направления исследований по углублённому изучению гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в сильных магнитных полях прежде всего в интересах термоядерной отрасли.
Дооснащение системы автоматизации стенда новым дополнительным VXI – оборудованием позволяет повысить точность и надёжность результатов экспериментов, сократить время подготовки стенда к каждому новому циклу исследований и расширить его использование за счёт организации возможности коллективного (в том числе, удалённого) доступа и использования уникальных технических ресурсов стенда.
Закупка нового оборудования для метрологической лаборатории МЕРА МЭИ решает вопросы оперативной подготовки технических ресурсов стенда к каждой новой серии экспериментов.
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования. Результаты проведённых экспериментов показывают необходимость дальнейших исследований на ртутном стенде в рамках выбранного нового направления, а именно:
Продолжение исследования МГД-теплообмена жидкометаллического теплоносителя в наклонной трубе при различных углах наклона теплообменного канала к горизонту.
Продолжение исследования характеристик теплообмена в горизонтальной трубе с неоднородным обогревом.
Дооснащение УСУ «Ртутный стенд» дополнительным оборудованием с целью поддержания его уникального статуса и дистанционной доступности к его ресурсам.
Пополнение компьютерной базы данных по МГД - теплообмену и организация доступа к её ресурсам для проектировщиков энергоустановок с жидкометаллическим теплоносителем, для разработок энергетических термоядерных реакторов-токамаков.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Результаты работы.
Изготовлен новый рабочий участок с микротермопарным зондом, позволяющий изменять угол наклона трубы участка к горизонту, участок смонтирован на стенде для организации измерений в трубе в условиях неоднородного несимметричного обогрева «справа –слева» в поперечном магнитном поле.
Проведена серия экспериментальных исследований теплообмена при течении жидкого металла в наклонной трубе (с начальным нулевым углом к горизонту) с неоднородным несимметричным обогревом в поперечном магнитном поле
Получены новые оригинальные результаты измерений полей осредненной температуры, распределений локальных и средних коэффициентов теплоотдачи, статистических характеристик пульсаций температур в диапазоне режимных параметров по числам Рейнольдса 10000-100000, Гартмана 0-500, Грасгофа (1-10)?108 в условиях различных вариантов обогрева:
- обогрев только с одной стороны - односторонний;
- обогрев двухсторонний несимметричный.
Проведён анализ и сравнение с аналогичными данными, полученными ранее на предыдущих этапах работы.
Разработана спецификация и проведена закупка и поставка нового современного оборудования для переоснащения экспериментального стенда и оснащения метрологической лаборатории, проведена комплексная отладка аппаратно-программного обеспечения модифицированной системы автоматизации стенда.
Основные характеристики. Модернизированный за счёт дооснащения системы автоматизации новым оборудованием экспериментальный ртутный стенд реализует условия течения жидкометаллического теплоносителя в следующем диапазоне режимных параметров: число Рейнольдса Re - до 120000 (Пекле Pe – до 3000); Грасгофа Grq - до 3 ? 108 (Рэлея Ra - до 107); Гартмана На - 0 ? 550.
Степень внедрения. Ртутный стенд успешно прошёл экспериментальный цикл и используется для продолжения уникальных теплофизических экспериментов.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
Изготовлен новый рабочий участок с микротермопарным зондом, кото-рый смонтирован на стенде для организации всех серий комплексных изме-рений, предусмотренных техническим заданием и отражённых в календар-ном плане на 2008 год;
Разработана спецификация, проведена закупка и поставка нового со-временного оборудования для переоснащения экспериментального стенда и оснащения метрологической лаборатории, проведена комплексная отладка аппаратно-программного обеспечения модифицированной системы автома-тизации стенда.
Разработано прикладное математическое обеспечение для расчётных процедур и управления микротермопарными зондами в требуемых диапазо-нах изменений режимных параметров.
Проведены экспериментальные исследования теплообмена при течении жидкого металла в наклонной трубе с тангенсом угла 1/5 с однородным обогревом в продольном магнитном поле.
Получены новые результаты экспериментальных исследований статисти-ческих характеристик пульсаций температуры, интенсивности спектров, ав-токорреляционных функций в сечении трубы - диапазон режимных парамет-ров по числам Рейнольдса 10000-50000, Гартмана 0-500, Грасгофа (1-10)?108 .
Проведён анализ и сравнение с данными, полученными на предыдущих этапах работы, результаты доложены на международной конференции
«Памир» (7-th Pamir International Conference "Fundamental and Applied MHD").
Разработана спецификация и проведена закупка и поставка нового со-временного оборудования для переоснащения экспериментального стенда и оснащения метрологической лаборатории, проведена комплексная отладка аппаратно-программного обеспечения модифицированной системы автома-тизации стенда. Обеспечен доступ к ресурсам пополняемой компьютерной базы данных по МГД- теплообмену для проектировщиков энергоустановок с жидкометаллическим теплоносителем, для разработок энергетических тер-моядерных реакторов ТОКАМАК. Получены новые оригинальные результа-ты измерений полей осредненной температуры, распределений локальных и средних коэффициентов теплоотдачи, статистических характеристик пульса-ций температуры (в широком диапазоне режимных параметров по числам Рейнольдса, Гартмана, Грасгофа) в условиях различных вариантов обогрева.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.8 Проведение исследований с использованием уникальных стендов и установок, а также уникальных объектов научной инфраструктуры (включая обсерватории, ботанические сады, научные музеи и др.), научных организаций и образовательных учреждений высшего профессионального образования
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Организация
ИПХФ РАН
профинансировано
Тема
Проведение исследований с использованием высокоэнергетических уникальных установок и комплексов (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
61,8 млн
Количество заявок
15
Тема
Проведение исследований физических и химических процессов с использованием уникальных стендов и установок в области энергетики и энергосбережения (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
111,6 млн
Количество заявок
32
Тема
Проведение исследований состава, структуры и свойств веществ и перспективных материалов с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
148,8 млн
Количество заявок
57
Тема
Проведение исследований в области живых систем с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
69,6 млн
Количество заявок
33
Тема
Проведение исследований в области рационального природопользования с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы).
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
155,4 млн
Количество заявок
46