Сотрудники «Центра компьютерного инжиниринга», входящего в Передовую инженерную школу «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, завершают разработку архитектуры цифрового двойника печи остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов. Разработка ведется по заказу ФГУП «Производственное объединение «Маяк» (входит в ГК «Росатом») на базе цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML–Bench®.
Модель печи ЕП-500Остекловывание – метод обращения с радиоактивными отходами (РАО), используемый во всем мире уже на протяжении десятков лет. В его основе – перевод жидких радиоактивных отходов в стеклообразное состояние с помощью нагрева до экстремально высоких температур (более 1000℃) в специальных печах. Остекловывание позволяет значительно сократить объем отходов и получить форму РАО, устойчивую к воздействию факторов окружающей среды и пригодную для долговременного хранения. На сегодняшний день данная технология является наиболее безопасным и долговечным методом утилизации отходов.
В настоящее время инженеры «Центра компьютерного инжиниринга» СПбПУ разрабатывают архитектуру высокоадекватной мультифизической цифровой модели печи остекловывания. Разработчики провели анализ мирового опыта разработки установок остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов и совместно со специалистами заказчика определили проектные режимы работы, условия использования и разработали ключевой элемент цифрового двойника – матрицу требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Также определены функциональные взаимосвязи между составными частями конструкции и разработаны математические и компьютерные модели описания физическо-механических процессов, происходящих в процессе эксплуатации печи, таких как теплообмен, гидродинамика, электродинамика. Кроме того, специалисты Инжинирингового центра СПбПУ разрабатывают методики, определяющие связь контролируемых показателей печи остекловывания на основных режимах работы с общими техническими свойствами.
«ФГУП «Производственное объединение «Маяк» в настоящее время разрабатывает новые установки остекловывания, включающие значительное количество инновационных технических решений. Использование технологии цифровых двойников и построение полномасштабной мультидисциплинарной цифровой модели с высоким уровнем адекватности реальному изделию и реальным физико-механическим процессам позволяет в значительной мере сократить натурные испытания опытных конструкций за счет проведения испытаний на цифровых (виртуальных) стендах и полигонах, снижая таким образом временные и финансовые издержки», – прокомментировал перспективы разработки проректор по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, руководитель Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг»» СПбПУ Алексей Боровков.
Разработанная специалистами «Центра компьютерного инжиниринга» СПбПУ архитектура высокоадекватной мультифизической цифровой модели будет использована при создании цифрового двойника новой конструкции печи остекловывания и оптимизации режимов работы плавителя.
«Разработка печи остекловывания представляет для нас большой вызов, поскольку печь является не только сложным объектом для математического моделирования, но также и возможностью применить передовые методы проектирования на реальном объекте», – дополнил ответственный исполнитель проекта, начальник отдела энергетического машиностроения инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ Николай Ефимов-Сойни.
«Такой сложный промышленный объект, как печь остекловывания, объединяющий в себе полный спектр физическо-механических процессов, представляет особый интерес с точки зрения мультидисциплинарного математического и компьютерного моделирования, а также перспектив применения разработанных инновационных методик для повышения эффективности процессов проектирования и эксплуатации печи остекловывания», – отметил значимость работы, которую ведут разработчики СПбПУ, для инженерного дела в целом главный инженер проекта, инженер-исследователь инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ Юрий Горский.