Лента новостей

В СПбПУ создан цифровой двойник тепловыделяющих сборок ядерных реакторов

2025-03-19 18:29
Специалисты инжинирингового центра Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) завершили трехлетний проект по разработке цифровых двойников тепловыделяющих сборок (ТВС) водо-водяных ядерных ректоров – ТВС-К PWR и ТВС ВВЭР. Работы выполнялись на цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® по заказу компании «ТВЭЛ», входящей в состав Топливного дивизиона госкорпорации «Росатом».
«К современным разработкам тепловыделяющих сборок для ядерных реакторов предъявляются высокие технические требования, повышенные требования к безопасности и экономической эффективности. Цифровые двойники позволяют оптимизировать работу существующих ТВС и разрабатывать более эффективные конструкции со значительной экономией средств и времени, поскольку до 70% затрат приходится на этап проектирования. Использование технологии цифровых двойников в атомной промышленности снижает не только себестоимость разработки и производства, но и уменьшает количество необходимых натурных испытаний», – отметил эффект от применения технологии цифровых двойников в атомном машиностроении проректор по цифровой трансформации СПбПУ Алексей Боровков.
За три года работ инженеры Петербургского Политеха разработали виртуальные испытательные стенды и полигоны (ВИС и ВИП) для четырехгранных (ТВС-К PWR) и шестигранных (ТВС ВВЭР) тепловыделяющих сборок: ВИС «Гидродинамика», ВИС «Прочность», ВИП «Безопасность - ТУК» и ВИП «Безопасность – ОР СУЗ».

Созданный инженерами-политехниками виртуальный стенд «Гидродинамика» позволил подтвердить соответствие результатов цифровых испытаний натурным и благодаря балансировке матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений (основного элемента цифрового двойника) взаимоувязать сотни математических и компьютерных моделей и проверить эксплуатацию тепловыделяющих сборок как в штатных, так предаварийных режимах работы. Таким образом, инженеры подтвердили, что созданный цифровой двойник может быть использован для дальнейшей оптимизации ТВС.

ВИС «Прочность» разработан для прогнозирования напряженно-деформированного состояния (НДС) ТВС при эксплуатационных нагрузках. ТВС работает в сложных условиях, характеризующихся различными изменяющимися во времени факторами. К ним относятся неравномерность температурных полей по высоте сборки, неравномерное распределение полей флюенса нейтронов для наиболее выгоревшей ТВС, вызывающее изменение геометрических размеров элементов конструкции, ползучесть под действием температуры и радиации, усилие осевого поджатия и действие потока теплоносителя. Инженеры СПбПУ разработали универсальные алгоритмы и провели цифровые испытания НДС ТВС-К и ТВС ВВЭР – полученные результаты в ходе виртуальных испытаний ТВС согласуются с натурными испытаниями и опытом эксплуатации.
«На виртуальном испытательном стенде мы создали высокоадекватную компьютерную модель ТВС и провели испытания аналогичные 1 году эксплуатации ТВС. Полученные результаты напряженно-деформированного состояния, такие как перемещение сборок, деформации радиационного роста и терморадиационной ползучести согласуются с опытом эксплуатации. Эти данные нужны для понимания текущего НДС ТВС для внесения изменений в конструкцию для поддержания необходимого уровня прочности», – прокомментировал заместитель директора Инжинирингового центра (CompMechLab®) ПИШ СПбПУ Николай Ефимов-Сойни.
Кроме того, для системы управления и защиты (ОР СУЗ) инженеры СПбПУ создали математическую модель движения теплоносителя в направляющих каналах и разработали алгоритм оптимизации конструкции гидротормоза как для прямолинейных, так и для криволинейных (искривленных) каналов.
Читать подробнее: Ученые Политеха Cанкт-Петербурга создали цифровой двойник тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, Энергетика и промышленность России, 19.03.2025
Источник фото: Пресс-служба СПбПУ

Материал подготовлен пресс-офисом проекта «Инжиниринг и инновации в России» Центра управления проектами в промышленности. Проект реализуется с 2020 года в рамках совместной программы Минобрнауки России и Минпромторга России по развитию сети инжиниринговых центров на базе ведущих университетов страны. Он направлен на повышение осведомленности граждан о деятельности, научно-технологических достижениях и инновационных разработках инжиниринговых центров, а также на популяризацию инжиниринговых услуг и услуг промышленного дизайна в приоритетных отраслях экономики.

Сайт проекта | Вконтакте | YouTube | Telegram