ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ МГД-ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ТЕЧЕНИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КАНАЛАХ

Предлагаемый проект рассматривает некоторые аспекты, возникающие при проектировании и эксплуатации энергонагруженных элементов перспективных ядерных и термоядерных установок, таких как теплообменные установки атомных станций или жидкометаллические бланкеты будущих реакторов термоядерного синтеза. Перспективные реакторы будут играть важную роль в решении глобальной проблемы экологически устойчивого производства энергии. Один из сценариев развития энергетики заключается в том, чтобы построить надежно работающие реакторы термоядерного синтеза с положительным выходом энергии (энергетический реактор). Другая возможность заключается в использовании гибридных систем (источников нейтронов), в которых поток нейтронов производимый уменьшенной версией термоядерного реактора используется для переработки отходов ядерного цикла в топливо для него. Жидкометаллический бланкет является ключевым компонентом термоядерного реактора токамак. Все существующие проекты бланкета были разработаны без учета влияния термогравитационной конвекции или с недостаточной проработкой этого вопроса. Между тем, последние экспериментальные и расчетные данные показывают, что конвекция глубоко изменяет структуру и свойства потока жидкого металла в бланкете и, таким образом, влияет на его работу, что способно привести к опасным явлений, нарушающим его эксплуатацию. Среди таких опасных эффектов можно выделить следующие: локальные коэффициенты теплоотдачи могут быть крайне неоднородны по периметру сечения канала, вплоть до образования зон «ухудшенного теплообмена»; в потоке теплоносителя могут развиваться низкочастотные пульсации температуры аномально большой амплитуды. Физической причиной этих явлений являются вторичные течения термогравитационного происхождения в форме крупномасштабных упорядоченных вихрей, которые могут развиваться и устойчиво существовать в потоке как при наличии, так и в отсутствие магнитного поля. Поскольку прямое экспериментальное тестирование бланкета было до сих пор невозможно (истинные условия в реакторе, например, нейтронная нагрузка и сильное магнитное поле, будут доступны только когда полномасштабный реактор, такой как ИТЭР, будет построен), все текущие проекты бланкета должны рассматриваться как потенциально небезопасные и имеющие неопределенную эффективность. В этой ситуации, предложенный проект, в котором будут исследованы особенности МГД-теплообмена электропроводных жидкостях в каналах с учетом влияния термогравитационной конвекции с использованием передовых методов численного анализа, весьма актуален. Исследование с одной стороны позволит выработать новый подход к конструкции бланкета, в котором эффекты конвекции полностью учтены и который будет использован для разработки новых, более безопасных и более эффективных проектов бланкета. С другой стороны это даст расширение фундаментальных представлений о физике магнитогидродинамического (МГД) теплообмена, инженерно-физические оценки для расчётов при проектировании теплообменников перспективных энергоустановок с жидкометаллическим охлаждением.