НГТУ и «ОКБМ Африкантов» создали уникальные стенды для моделирования течения гелия в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах

На базе НГТУ им. Р.Е. Алексеева (г. Нижний Новгород, опорный вуз Госкорпорации «Росатом») созданы уникальные аэродинамические стенды для моделирования теплогазодинамических процессов смешения гелиевого теплоносителя в нижнем собирающем коллекторе реакторной установки с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором (РУ ВТГР) и экспериментальных исследований процессов течения гелиевого теплоносителя в канале тепловыделяющей сборки с поглощающим стержнем системы управления и защиты (СУЗ) РУ ВТГР. 

Работы по анализу мирового опыта по экспериментальному моделированию подобных процессов, разработке и созданию стендов и проведению исследований проводились специалистами НГТУ им. Р.Е. Алексеева в 2022-2024гг. в кооперации со специалистами ОКБМ Африкантов (главный конструктор РУ ВТГР, входит в Машиностроительный дивизион Госкорпорации «Росатом»). Комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке и расчетно-экспериментальному обоснованию РУ ВТГР ведутся с 2021 года специалистами ОКБМ Африкантов по заказу Электроэнергетического дивизиона «Росатома» в рамках инвестиционного проекта по созданию отечественных технологий для крупномасштабного производства и потребления водорода и водородсодержащих продуктов.

Модель колонны ТВС РУ ВТГР

Исследования перемешивания неизотермических потоков гелиевого теплоносителя в нижнем собирающем коллекторе газоохлаждаемого реактора с призматической активной зоной при условиях, характерных для разработанного проекта, ранее в мире не проводились. Для проведения исследований характеристик оригинальной конструкции нижнего собирающего коллектора РУ ВТГР специалистами НГТУ им. Р.Е. Алексеева и ОКБМ Африкантов разработана и обоснована экспериментальная модель коллектора (в масштабе 1:2,5). По результатам анализа мирового опыта для экспериментальных исследований гидравлических характеристик тепловыделяющей сборки с поглощающим стержнем СУЗ учеными использована полноразмерная модель колонны тепловыделяющих сборок РУ ВТГР (в масштабе 1:1). Проточная часть экспериментальной модели оснащена уникальной системой измерения, позволяющей получать контрольные параметры (скорость потока, давление) в зазорах шириной не более 2 мм.

«Сейчас в команде нижегородских политехников над проектом работают 11 исследователей, среди которых молодые ученые Передовой инженерной школы. Почти за два года совместной работы с сотрудниками ОКБМ Африкантов нам удалось достичь реальных результатов, на основе которых внесены изменения в конструкцию отдельных элементов активной зоны реакторной установки с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором», - отметил ректор НГТУ им. Р.Е. Алексеева Сергей Дмитриев.

Уникальные результаты проведенных экспериментальных исследований будут использованы нижегородскими учеными и конструкторами для оптимизации конструкции реакторной установки, обоснования работоспособности и теплотехнической надежности РУ ВТГР, а также для верификации отечественных программных комплексов вычислительной гидро- и аэродинамики CFD-класса.

Водородная энергетика — одно из приоритетных направлений научно-технологического развития «Росатома». Госкорпорация — один из технологических лидеров мировой экономики, поддерживает глобальную экологическую повестку перехода на низкоуглеродные технологии и реализует стратегическую программу по развитию водородной энергетики в России, которая включает развитие собственных технологических компетенций на всей цепочке поставок водорода и водородосодержащих продуктов, начиная от перспективных методов его производства, таких как электролиз, и заканчивая хранением и транспортировкой до локальных и зарубежных потребителей. Крупнейшие предприятия «Росатома» сегодня разрабатывают эффективные и конкурентоспособные на международном уровне решения в этой области, в том числе новые передовые электролизные системы.

Электроэнергетический дивизион Госкорпорации «Росатом» (АО «Концерн Росэнергоатом») с 2021 года реализует масштабный инвестиционный проект по разработке технологий водородной энергетики для крупномасштабного производства и потребления водорода и водородосодержащих продуктов. В рамках комплексного проекта ведется разработка технологических решений для создания атомной энерготехнологической станции (АЭТС) с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором (ВТГР) и химико-технологической частью (ХТЧ) для производства водородсодержащих продуктов и аммиака (включая разработку технологии производства топлива ВТГР и технологии конверсии метана), разработка линейки высокоэффективных электролизных установок, топливных элементов, систем хранения и транспортировки водорода, а также проводятся исследования по системному обеспечению функционирования и безопасности водородной энергетики.

Разработчик РУ ВТГР – ОКБМ Африкантов (Машиностроительный дивизион Росатома). В основу разработки проекта положено использование производственной базы и технических решений, освоенных отечественной промышленностью. ОКБМ Африкантов имеет многолетний опыт разработки высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. На предприятии создана крупная научно-исследовательская и экспериментальная база, выполнен значительный объём научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в обоснование разрабатываемых проектов ВТГР. Энерготехнологическое применение ВТГР будет способствовать переходу к экологически чистой водородной энергетике и «водородной экономике» за счёт промышленного производства водородсодержащих продуктов. 

НГТУ им. Р.Е. Алексеева – единственный вуз в России, реализующий Передовую инженерную школу (ПИШ) по атомно-водородной энергетике, так как является носителем запирающих технологий в цепочке технических решений атомной отрасли. ПИШ создана в тесной кооперации с Госкорпорацией «Росатом», при поддержке нижегородских предприятий ОКБМ Африкантов,  АО «Атомэнергопроект» и других.