Информация о лаборатории

Название лаборатории

Лаборатория Теплофизических проблем ядерной и термоядерной энергетики

Сайт лаборатории

http://mpei.ru/Structure/Universe/tanpe/structure/tfpe/

Организация, в которой создана лаборатория

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования « Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

Город, в котором находится лаборатория

Москва

Направления исследований лаборатории

1. Исследования МГД-турбулентности и теплообмена перспективных теплоносителей.

2. Техника и методы автоматизированных измерений в турбулентных потоках.

3. Исследования сложных течений и способов интенсификац​​ии теплообмена.

4. Разработка технологии плазменной обработки энергоприёмников с развитой поверхностью.

5. Исследования теплофизических свойств теплоносителей и рабочих сред.

Название проекта

Теплофизическое обоснование разработок систем охлаждения ядерных энергетических установок нового поколения

Цель проекта

Создание лаборатории теплофизических проблем ядерной и термоядерной энергетики и получение комплекса данных о характеристиках гидродинамики и теплообмена перспективных теплоносителей, теплофизических свойствах теплоносителей и конструкционных материалов для формирования научно-обоснованных рекомендаций по созданию эффективных и безопасных теплообменных систем термоядерных реакторов-токамаков, гибридных ядерно-термоядерных установок и быстрых реакторов нового поколения

Период реализации проекта

2017-2019 г.г.

Приоритет научно-технологического развития в соответствии со Стратегией НТР

б​

Подробная информация о лаборатории​

Результаты работы лаборатории с момента создания по настоящее время:

Научные результаты

1. Проведена модернизация ртутного МГД-комплекса и его системы автоматизации, разработаны датчики и новые методики зондовых измерений в потоках жидкого металла, проведены пробные эксперименты.

2. Проведены эксперименты по теплообмену жидкого металла в магнитном поле в прямоугольном канале и на модели активной зоны быстрого реактора БРЕСТ.

3. Проведено комплексное исследование теплообмена модельного вещества, имитирующего расплавы солей (фторидов лития и бериллия, фторидов щелочных

металлов). Уточнена модель WALE, аналогичная, предложенной в работе L. Bricteux et.al. (Physics of fluid, 2009). Тестовые расчёты стабилизированного течения в плоском канале с моделями подсеточной вязкости WALE и Смагоринского показали преимущество последней.

4. Выполнены работы по численному моделированию. Рассмотрен RANS подход (с использованием двухпараметрической модели турбулентности) к моделированию МГД-теплообмена при подъёмном течении жидкого металла в вертикальном прямоугольном канале с учётом влияния свободной конвекции и поперечного магнитного поля. Отдельно рассмотрена задача влияния продольного магнитного поля и термогравитационной конвекции на МГД-теплообмен в горизонтальной обогреваемой трубе. Проведено RANS моделирование турбулентного течения ртути в вертикальном прямоугольном обогреваемом канале (с отношением сторон 1:3). На данном этапе работы влияние магнитного поля не учитывалось. Для проведения моделирования использовался авторский CFD код ANES и три низкорейнодльсовские двухпараметрические модели турбулентности (двухслойная k-e модель, k-e модель Лаундера-Шарма и k-w модель). Использовались две постановки: полная 3D модель канала и 2D модель стабилизированного течения. Для верификации моделей турбулентности применены DNS данные по течению газа в круглой вертикальной обогреваемой трубе.

5. Разработана установка и технология плазменно-пучковой обработки (УППО) для создания модулей первой стенки с пористой наноструктуированной поверхностью, которая представляет собой плазменную ловушку с линейной мульти-касповой конфигурацией магнитного поля со стационарным плазменным разрядом. Параметры плазмы обеспечивают возможность получения мощной плазменно-тепловой нагрузки, ожидаемой на материалы в стационарных режимах

термоядерного реактора. Выполнено проектирование автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) для стенда плазменной обработки.

6. Проведено исследование 25 публикаций и других источников с целью обоснования выбора модельного вещества для исследования теплообмена расплава соли. Измерена вязкость модельного вещества расплава соли – раствора KOH – в диапазоне концентраций 0–40% и диапазоне температур 20 – 60о С. Получены новые данные измерений вязкости модельного вещества расплава соли – раствора KOH – в диапазоне концентраций 0–40%, диапазоне температур 20 – 60°С. Разработана методика исследования электропроводности и температуропроводности модельного вещества. Разработаны основы модели переноса массы и энергии в нерегулярной среде, обосновывающие выведенное ранее дробно - дифференциальное уравнение диффузии с переменным порядком дифференцирования. Полученные результаты предназначены как для описания диффузии ионов в жидкости, так и применения в математической модели переноса тепла в средах со сложной внутренней структурой.-

7. Приобретено оборудование АСНИ и измерительной PIV системы. Закуплено оборудование и комплектующие изделия для модернизации стендов и измерительной техники.

8. Ведущим учёным прочитан курс лекций для студентов и аспирантов по теме: «Вейвлет-инструмент спектрального анализа нестационарных и квазистационарных сигналов».

9. Сотрудники НИЛ приняли участие в 9 российских и международных конференциях.

10. Опубликовано 29 научных статей по результатам исследований на 1-м этапе, из которых 1 статья в издании, индексируемом в базе данных Web of Science.

Внедрение результатов исследования

Продукты:

1.Модернизированная уникальная научная установка УНУ «Ртутный МГД-стенд».

2.Модернизированный научный стенд для исследования теплообмена тепловыделяющих сборок (ТВС МЭИ).

3. Установка плазменно-пучковой обработки поверхности материалов УППО.

Методики и технологии:

1. Методика измерений на стенде ТВС МЭИ.

2. Методика проведения эксперимента на стенде ТВС МЭИ.

3. Методики измерений в потоках жидких металлов и солевых растворов на ртутном МГД-стенде.

4. Технология плазменно-пучковой обработки поверхности материалов на УППО МЭИ.

Область использования:

Теплообменные системы перспективных ЯЭУ

Образование и подготовка кадров

1. Подготовлен и прочитан цикл лекций ведущего учёного Фрика П.Г. «Вейвлет-инструмент спектрального анализа нестационарных и квазистационарных сигналов» в рамках учебной программы для очной формы обучения по дисциплине «Основы статистической теории турбулентности» (направление подготовки: 14.04.01 «Ядерная энергетика и теплофизика», профиль подготовки: «Теплофизика и молекулярная физика», квалификация (степень) выпускника: магистр).

2. Подготовлена и защищена диссертация на соискание степени к.т.н. аспирантом Крыловым С.Г. по теме «Экспериментальное исследование температурных полей в кольцевом канале со спиральным ребром при течении жидкого металла». Решение диссертационного совета

Д 212.157.04 при ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ" от 20.10.2017 г.

Организационные и инфраструктурные преобразования

Научно-образовательный центр НИУ «МЭИ» - ОИВТ РАН по физико-техническим проблемам энергетики (НОЦ ФТПЭ)

Публикации, наиболее полно отражающие результаты работы лаборатории

1.Будаев В. П. Стохастическая кластеризация поверхности при взаимодействии плазмы с материалами. Письма в ЖЭТВ. 2017, март, т. 105, вып.5, с.284-290.

2. Фрик П.Г. О граничных условиях в экспериментах по конвективному теплообмену в жидком натрии. Материалы международной конференции "Современные проблемы теплофизики и энергетики". 2017,октябрь, т. 1, с.85-86.

3. Беляев И.А.. Свиридов В.Г. и др. Экспериментальный стенд для исследований теплообмена перспективных теплоносителей ядерной энергетики. Теплоэнергетика. 2017, ноябрь, №11, с. 1-9

Международное и внутрироссийское сотрудничество

С какими организациями (лабораториями, предприятиями и т.д.) сотрудничает лаборатория

Формат сотрудничества

Результаты данного сотрудничества

Объединённый институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН), Россия

Исследования в рамках НОЦ ФТПЭ по

МГД-теплообмену жидкометаллических и солерасплавных теплоносителей для перспективных ядерных энергетических установок (ЯЭУ)

Данные экспериментальных исследований и численного моделирования МГД-теплообмена жидкометаллических и солерасплавных теплоносителей для верификации кодов и использования в инженерных расчётах конструкций теплообменных систем ЯЭУ.

Совместные научные публикации по тематике работ

.

НИЦ «Курчатовский институт»,

ОАО «НИКИЭТ им. Н.А.Доллежаля»,

ОАО «НИИЭФА

им. Д.В. Ефремова»,

Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского (ГНЦ РФ-ФЭИ),

Мичиганский университет (США)

Подготовка специалистов высшей квалификации и совместные научные исследования по тематике работ лаборатории.

Совместные научные публикации по тематике научных исследований лаборатории.

 ​​
​​​​​​​​​

Информация о ведущем ученом (руководителе лаборатории)

ФИО ведущего ученого – руководителя лаборатории

Фрик Пётр Готлобович

Занимаемые должности ведущего ученого на момент заполнения анкеты​

Заведующий НИЛ 02800 Теплофизических проблем ядерной и термоядерной энергетики Института тепловой и атомной энергетики ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».

Заведующий лабораторией физической гидродинамики ФГБО УН «Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН», ИМСС УрО РАН.

Профессор ФГБОУ ВО «Пермский государственный университет».

Премии, награды, научные достижения ведущего ученого на момент заполнения анкеты

Премия им. акад. Г.И. Петрова за выдающиеся работы в области теории гидродинамической устойчивости и турбулентности Национального комитета по теоретической и прикладной механики РАН

Премия пермского края в области физико-математических наук Администрации Пермского края

Индекс Хирша ведущего ученого на момент заполнения анкеты

WOS – 22
Scopus - 22
РИНЦ – 26

Область научных интересов ведущего ученого

Турбулентность, магнитная гидродинамика. МГД-динамо и космические магнитные поля, турбулентный конвективный теплообмен

​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​
31.05.2018 15:57