Программа MATADOR для расчета локальных неоднородных процессов тепломассопереноса в пучках тепловыделяющих стержней

1. Программа MATADOR для расчета локальных неоднородных процессов тепломассопереноса в пучках тепловыделяющих стержней

Научно-техническая конференция молодых специалистов
АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС»
Залесов Артем Сергеевич
Инженер-конструктор 2 категории

2. Введение

Цель работы: разработка программы MATADOR, основанной на
поканальной методике расчета и ориентированной на моделирование
процессов тепломассопереноса в пучках тепловыделяющих стержней при
наличии локальных неоднородностей потока в стационарных и
динамических режимах.
Задачи:
1. Выбор схемы конечно-разностной аппроксимации исходной системы
дифференциальных уравнений и создание математической модели;
2. Выбор метода решение СЛАУ и его реализация;
3. Расчет тестовых задач и сравнение полученных результатов по
программам MATADOR и ТЕМПА-1Ф.
2

3. Краткое описание программы MATADOR

a) уравнений сохранения массы и энергии; б) уравнения сохранения продольной
составляющей импульса; в) уравнения сохранения поперечной составляющей
импульса; г) разбиение проходного сечения на каналы
Схема разбиения ТВС на контрольные объемы
3

4. Краткое описание программы MATADOR

Уравнения переноса массы, энергии и импульса:
dS 0 ,
dV
dS
Vn
Vn
Vn
dS q v dV
E
dV
E
dS
E
Vn
Vn
Vn
Vn
q
F
dS 0 ,
Vn
z
z
dV
dS
dS
S
dV
g
dV P dSz
z
z
~
~
~
~
~
~
S
Vn
Vn
Vn
Vn
Vn
Vn
2
z dSz 0 ,
~
Vn
x
dV
x dS P dSx
V̂n
V̂n
V̂n
f dV
V̂n
x
dS 0 .
V̂n
При выводе уравнений приняты следующие упрощения:
‒ химические реакции отсутствуют;
‒ работа сил давления и вязкая диссипация энергии пренебрежимо малы;
‒ турбулентный режим течения рассматривается в приближении Рейнольдса.
4

5. Краткое описание программы MATADOR

ns
~ n 1 ~ n 1 ns
VIK
n 1
n
n 1
IK IK G IK G IK 1 M IJK s M IJK s 0 ,
s 1
s 1
n
n
ns
ns
E nIK n 1
E IK ~ n 1 E IK 1 ~ n 1
VIK
n 1
n 1
n
n
IK E IK IK E IK n G IK n G IK 1 n M IJK Q EIJK s
s 1
E IK 1
E IK
E JK
s s 1
nr
q v IK VIK q IKW FIKW r 0 ,
r 1
~ ~
~
~
~
G F
G
F
~
L ~
G G ~
U
F
~ ~ U F
~
F
G
G F
~
~
G F
G F
1
G F 1
1
W
S
W
S
M
~
F
G
F
G
F
2
2
F
~
~ 1 ~
~
IKn g z VIK sin PIKn 1 PIKn 11 FIK G nIK 1 nIK U nIK nIK 1 U nIK 1 0 ,
4
W ~ ~
L
1 W ~
M M
U
U F
W
2 W
W ~ ~
1 W ~
U
U F W n W n
W
2 W
1
WIJKn SIJK PIKn 1 PJKn 1 SIJK nIJK f IJKn VIJK M nIJK 1 nIJK WIJKn 0 .
5
2
K
n 1
n
IK
IK
n
n
IK
IK
n
IK 1
ns
n
n
IK 1
IK 1
IK 1
IK 1
IK
IK
IK 1
IK
JK
IJK
JK
n
n 1
n
IJK
IJK
n
IJK 1
n
IJK
IJK 1
n
IJK
n
n
IK 1
n
IJK
IJK
n
n
n
IK
IJK 1
IJK 1
IK
2
IK
IJK
s
n
IK
U
IJK 1
JK 1
n
IK
n
n
IJK 1
JK 1
IJ
IK 1
n
n
IK
ns
IK 1
n
IJK
IK 1
n
n
n
s 1
n
s 1
IK
n
s
2
IK
n
n
IJK
IJK
n
n
n
JK
IJK 1
IJK 1
2
IK 1
IK
IJK
n
IJK 1
n
IJK
IJK 1
n
IJK
n
JK 1
IJK 1
n
n
IK
IK
n
IK
JK
n
JK
JK

6. Испытание программы MATADOR

Канал связи
Канал 1
Канал 2
Исходные данные для тестовых задач № 1 - 6
№
задачи
D1 ,
10-3 м
D2 ,
10-3 м
δ,
10-3 м
L,
м
1
10,0
10,0
3
2,00
100 Gвх1 = Gвх2 + 8·10-6 кг/с
2
10,0
10,0
3
2,00
100 Tвх1 = Tвх2 + 6 ºС
3
16,0
16,0
2
0,38
19
Gвх2 = Gвх1 + 2·10-5 кг/с
4
16,0
15,5
2
0,38
19
Gвх1 = Gвх2
5
16,0
16,0
2
0,38
19
м=1 в слое номер 8 второго
канала
6
16,0
16,0
2
0,38
19
Ql1 = 0 Вт/м, Ql2 = 52,63 Вт/м
K
Примечание
6

7. Испытание программы MATADOR

Задача № 1
MATADOR
Gвых1,
Mмакс,
-4
10 кг/с
10-7 кг/с
2,0003
1,789
Результаты расчетов
ТЕМПА-1Ф
P
Gвых1,
Mмакс,
,%
-4
-7
10 кг/с
10 кг/с
P макс
2,0003
1,787
0,50
G ·10 4, кг/с
G
G
,%
макс
M
M
0,05
,%
макс
0,05
M ·10 7, кг/с
2,0
2,04
MATADOR
ТЕМПА-1Ф
MATADOR (канал № 1)
MATADOR (канал № 2)
ТЕМПА-1Ф (канал № 1)
ТЕМПА-1Ф (канал № 2)
2,02
1,5
2,00
1,0
1,98
0,5
1,96
Отклонения
0
20
40
60
80
100
Распределение по слоям продольного расхода
K
0,0
0
20
40
60
80
100
K
Распределение по слоям поперечного расхода
7

8. Испытание программы MATADOR

Задача № 2
MATADOR
Gвых1,
Mмакс,
-4
10 кг/с
10-5 кг/с
4,0025
-8,35
Результаты расчетов
ТЕМПА-1Ф
P
Gвых1,
Mмакс,
,%
-4
-5
10 кг/с
10 кг/с
P макс
4,0028
-13,10
6,7
T, °C
E
E
,%
макс
0,1
G
G
M
M
,%
макс
9,0
,%
макс
36,0
M ·10 4, кг/с
24
0,5
MATADOR (канал № 1)
MATADOR (канал № 2)
ТЕМПА-1Ф (канал № 1)
ТЕМПА-1Ф (канал № 2)
22
MATADOR
ТЕМПА-1Ф
0,0
20
-0,5
18
-1,0
16
Отклонения
0
20
40
60
80
100
K
Распределение по слоям температуры идеального
газа
-1,5
0
20
40
60
80
100
K
Распределение по слоям поперечного расхода
8

9.

Спасибо
за внимание
Залесов Артем Сергеевич
Инженер-конструктор 2 категории
14.04.2022