Имитационное моделирование конвективных структур в трехмерных течениях жидкометаллических теплоносителей

Объект исследования - гидродинамические явления и процессы теплообмена в условиях свободной и смешанной конвекции жидкостей с малыми числами Прандтля в областях разной геометрической формы и при различных условиях подогрева. Цель исследования - проведение расчетов турбулентных режимов свободно- и смешанно-конвективных течений при малых числах Прандтля, типичных для металлов в жидком состоянии, и получение новых знаний фундаментального и исследовательского характера об особенностях процессов теплопереноса в таких жидкостях. Численное моделирование верификационного характера проводится для упрощенных геометрических конфигураций в условиях имеющихся надежных экспериментальных данных, а исследовательские расчеты повышенной ресурсоемкости выполняются для модельных конструкций элементов реакторов. Проведено численное моделирование конвективных течений и процессов теплообмена в жидких металлах для моделей типичных элементов реакторов и теплообменников в условиях имеющихся экспериментальных данных. Рассмотрены две основные постановки задач о развитии течения и теплообмене - эвтектического расплава K-Na в продольно обтекаемом пучке труб с квадратной упаковкой и сплава свинец - висмут в поперечно обтекаемом пучке труб. Кроме того, выполнены дополнительные расчеты турбулентной свободной конвекции жидкостей с малыми числами Прандтля в областях простой геометрии, в том числе при решении задачи сопряженного теплообмена. Представлены и проанализированы оригинальные результаты расчетов по проблеме, выполненные на основе экономичных, «инженерных» (RANS/URANS), а также ресурсоемких вихреразрешающих подходов (DNS, ILES).