В докладе рассматриваются инструменты численного моделирования, которые вошли в новую версию FlowVision 3.16.01. Также затрагиваются аспекты методологического применения FlowVision для решения различных промышленных задач.

В рамках инвестиционного проекта АО «Концерн Росэнергоатом» разрабатывается проект атомной энерготехнологической станции (АЭТС) для крупномасштабного производства и потребления водорода. В качестве источника высокопотенциального тепла в составе АЭТС рассматривается высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (ВТГР). При разработке проекта ВТГР одной из ключевых задач является обоснование безопасности.

В перечне исходных событий, приводящих к проектным и запроектным авариям РУ ВТГР, рассматривается ряд событий, с разгерметизацией первого контура и поступлением в активную зону реактора воздуха и водяного пара. Анализ такого класса аварий должен включать моделирование процессов тепломассопереноса в реакторе, первом контуре, помещениях и системах, с которыми имеются гидравлические и тепловые связи. Одновременно должно быть выполнено моделирование химического взаимодействия графита активной зоны и кладки реактора с окислителем с учётом температурного состояния, концентраций газообразных веществ и теплового баланса. При этом должны быть использованы актуальные физико-химические характеристики графита, разрабатываемого в рамках текущего проекта ВТГР. Результатом расчётного анализа должно быть пространственное распределение прореагировавшего графита, которое будет использовано при анализе радиационных последствий аварий.

Для численного моделирования подобного класса аварий на базе отечественного программного комплекса вычислительной аэрогидродинамики FlowVision разработана методика численного моделирования окисления графита активной зоны ВТГР воздухом и водяным паром.

Модели окисления графита, реализованные в методике, были верифицированы и валидированы на основе экспериментальных данных, полученных в АО «НИИ НПО «ЛУЧ». Образцы для экспериментальных исследований были изготовлены по промышленной технологии в АО «НИИграфит». Усреднённые отклонения расчётных значений скорости уноса массы графита от экспериментальных составили около 7 % в случае экспериментов с воздухом и около 21 % – с паром.

Выполнен анализ двух гипотетических запроектных аварий, приводящих к максимальному воздействию воздуха и водяного пара на активную зону, и сопровождающиеся множественными отказами элементов систем безопасности, дополнительным отказом элемента нормальной эксплуатации и не учитывающие меры персонала по ослаблению последствий аварий.

Показано, что окисление топлива не происходит.

Численное моделирование гетерогенных физико-химических процессов в программном комплексе FlowVision
Доклад посвящен обзору возможностей, имеющихся в программном комплексе FlowVision для решения задач численного моделирования гетерогенных процессов, то есть процессов, протекающих на границе раздела фаз. Рассматриваются подходы к расчетам совместных течений и контактных тепло- и массообменных взаимодействий между сплошными несмешивающимися фазами, а также между сплошными и дисперсными фазами (капли, частицы, пузырьки, тонкие пленки, пористые среды). Дается разбор расчетных методик, применяемых для описания межфазных массообменных процессов во FlowVision, на примерах решения валидационных и прикладных инженерных расчетных задач.

Доклад посвящен обзору возможностей, имеющихся в программном комплексе FlowVision для решения задач численного моделирования гетерогенных процессов, то есть процессов, протекающих на границе раздела фаз. Рассматриваются подходы к расчетам совместных течений и контактных тепло- и массообменных взаимодействий между сплошными несмешивающимися фазами, а также между сплошными и дисперсными фазами (капли, частицы, пузырьки, тонкие пленки, пористые среды). Дается разбор расчетных методик, применяемых для описания межфазных массообменных процессов во FlowVision, на примерах решения валидационных и прикладных инженерных расчетных задач.

С помощью программного комплекса FlowVision (аттестованного для задач расчета теплогидравлики высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, ВТГР) выполнен трехмерный расчет экспериментальной модели высокотемпературного промежуточного теплообменника, предназначенного для передачи тепла от гелиевого теплоносителя первого контура реакторной установки ВТГР (с температурой 850 °С) к гелиевому теплоносителю второго контура. 
Особенности конструкции трубного пучка высокотемпературного теплообменника («коридорно-шахматное» расположение трубок, большой шаг навивки трубок) обуславливают неопределенность в результатах расчетов по инженерной методике, приводит к увеличению запасов теплопередающей поверхности и габаритов теплообменника. 
Полученное отличие результатов по FlowVision и инженерной методике подтверждает актуальность планируемых экспериментов с использованием экспериментальной модели высокотемпературного теплообменника. 
В докладе рассмотрены основные этапы решения задачи во FlowVision, полученные результаты и их анализ. Работы выполнены в рамках комплексной программы НИОКР по разработке технологических решений для создания атомной энерготехнологической станции с ВТГР, реализуемой в рамках инвестиционной программы АО «Концерн Росэнергоатом».

Новый модуль FlowVision - библиотека свойств реальных веществ и их смесей (Real Substance Properties, RSP), которая позволяет получать свойства реальных веществ в широком диапазоне параметров из фундаментальных уравнений состояния. Первая часть доклада посвящена описанию математических моделей и алгоритмов нового модуля, а в завершающей части представлены примеры использования модуля для решения задач в FlowVision.

В работе представлены результаты численного моделирования эксперимента по распространению дыма при возгорании проводов в центре обработки данных (ЦОД). Результаты скоростей и массовых концентрацией дыма, полученных с помощью ПК FlowVision, сравниваются с данными эксперимента и результатами моделирования в ПК FDS (Fire Dynamics Simulator).

Данная работа проведена в рамках проектирования проточной части клапана запорного с соосным типом корпуса. Согласно ГОСТ 34437-2018 основной гидравлической характеристикой клапанов запорных (далее – клапан) является коэффициент сопротивления. При прохождении рабочей среды внутри клапана, изменяется геометрия проточной части, что влечет за собой изменение потока и, как следствие, потерю удельной энергии и рост коэффициента сопротивления. С определенной степенью точности можно считать, что проточная часть каждого изделия представляет собой систему последовательно расположенных элементов, образующих местные сопротивления. Поэтому коэффициент сопротивления в арматуре будет примерно равен сумме местных коэффициентов сопротивления каждого из элементов проточной части. Таким образом, в данной работе поставлена задача нахождения местных коэффициентов сопротивления и выяснения каким образом составные элементы геометрии проточной части влияют на общее число коэффициента сопротивления клапана.

В докладе будет рассказано об особенностях внедрения ПК FlowVision в учебный процесс на кафедре Теплотехники и автотракторных двигателей МАДИ; о преимуществах внедрения FlowVision и о повышение качества обучения студентов-двигателистов. Также будут рассмотрены наиболее интересные примеры лабораторных и научных работ, реализованных на кафедре с использованием FlowVision, и планы по дальнейшим расчётам в программе.

Рассматривается моделирование распространения ударной волны в трехмерном пространстве и ее взаимодействие с преградой. Представлен метод моделирования в ПК FlowVision с заданием сферы со сжатым газом как источника  нициации взрывной волны, а также его развитие: применение динамической адаптации расчетной сетки, учет состава смеси источника и распространение в пространстве со сложной геометрической конфигурацией.

В докладе рассматривается практический подход к постановке задачи в программном комплексе FlowVision на примере моделирования обтекания турбинной решётки Т106. На реальном примере, стартуя с готовой геометрической модели, последовательно настраивается весь вычислительный проект: импорт геометрической модели, задание физических процессов, задание граничных и начальных условий, построение расчётной сетки с формированием пристеночных слоёв. Отдельное внимание уделяется визуализации полученных результатов. Доклад ориентирован на инженеров и специалистов, желающих освоить практическую работу с FlowVision при решении задач внутренней аэродинамики турбомашин.

Представлено краткое описание призматической пристенной сетки, ее особенностей и приведено несколько примеров её практического применения в ПК FlowVision для решения задач (моделирование обтекания профилей GA(W)-1, A-Airfoil, БПЛА типа «летающее крыло» SAGITТA, модели самолета с посадочной конфигурацией крыла, представленной на AIAA HiLiftPW-3)

В докладе предлагается методика моделирования выгорания заряда твёрдого топлива в динамике, основанная на отслеживании движения фронта горения. Выполнена валидация методики: сопоставление результатов моделирования с данными огневых испытаний модельного двигателя и с расчётами по независимому исследовательскому коду.

Представлен обзор экспериментальных исследований в аэрохолодильной трубе сезонного действия ЦАГИ, дополненных расчетным сопровождением на основе ПК FlowVision, по наработке базы данных для развития методов расчета обледенения несущих поверхностей.

Доклад посвящен моделированию в программном комплексе FlowVision эксперимента по оценке задымления при возгорании в багажном отсеке самолета. По результатам расчётов получены концентрации продуктов горения, светопроницаемость и температуры на контрольных точках. Результаты расчетов сравнивались с экспериментальными данными и результатами моделирования в ПК FDS (Fire Dynamics Simulator).

В современном CFD существуют различные подходы к сеточному разрешению пристеночной области, корректное моделирование процессов в которой критически важно для задач турбомашиностроения. В работе представлен опыт использования новой технологии построения встроенной призматической пристенной сетки во FlowVision для двух задач: ступени осевого компрессора и двухступенчатого центробежного компрессора. Приведено сравнение расчетных характеристик с экспериментальными данными.

В докладе изложена методика численного моделирования обледенения компрессора авиационного двигателя с учетом отрыва льда. Представлены основные положения расчетной методики, результаты валидации модели обледенения и апробации модели отрыва, а также расчеты обледенения компрессора на различных режимах. По результатам моделирования определены характерные размеры льдообразований на различных ступенях компрессора и показано их влияние на изменение интегральных гидравлических характеристик.

В первой части доклада рассматривается задача о взаимодействии потока с боковой струей, вдуваемой с плоской пластины, применительно к задаче пленочного охлаждения. Основное внимание уделено валидации профилей скорости и определению параметров расчетной сетки в зоне смешения для последующего перехода к исследованию вдува на криволинейной геометрии.

Во второй части доклада приводятся результаты расчета обтекания профиля лопатки VKI с учетом ламинарно-турбулентного перехода и теплообмена, а также комплексная задача вдува охладителя на поверхности лопатки. Проводится сравнение с экспериментальными данными.

В докладе изложен опыт применения FlowVision для численного моделирования поперечной газовой струи в сверхзвуковом потоке воздуха. Создание новых эффективных способов перемешивания веществ (например, топлива и окислителя) в условиях высокоскоростных потоков - одна из актуальных задач гидродинамики. В данной работе исследован способ интенсификации перемешивания, который заключается в периодическом инициировании искровых разрядов перед инжектором струи. Благодаря моделированию определены физические механизмы, посредством которых разряды способствуют перемешиванию; найдены оптимальные частоты разрядов. В докладе уделено внимание проведенной проверке использованной численной модели, которая включала в себя, в частности, сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными, полученными в экспериментах на аэродинамической трубе ИАДТ-50 в ОИВТ РАН.

В докладе представлена концепция специализированного инструмента, разрабатываемого для проектирования лопаточных машин всех типов. На основе инженерных методик и методов вычислительной гидродинамики (CFD) инструмент позволит автоматизировать ключевые этапы разработки машины.

Доклад посвящен разработке в программном комплексе FlowVision расчётной модели для численного исследования магнитогидродинамических процессов в жидкой стали при электромагнитном перемешивании на машинах непрерывного литья заготовок. По результатам расчётов получено вращающееся магнитное поле с формированием силы Лоренца, закручивающей поток стали в заготовке. Параметры модели отработаны по материалам статей. Показано соответствие получаемых характеристик магнитного поля результатам измерений и расчетов в статьях. Разработанная методика позволяет проводить параметрические исследования с целью определения оптимальных характеристик устройств ЭМП в различных режимах работы.

Доклад посвящен расширению функционала электромагнитного решателя за счет внедрения модели постоянных магнитов и сопряжения электромагнитного поля по вращающимся поверхностям. Новый функционал используется для решения нестационарных задач динамики кольца с током в магнитном поле и для определения характеристик бесколлекторного электродвигателя.

В докладе дан обзор теоретических основ и режимов использования физического процесса Акустика. Рассмотрены примеры использования, даны рекомендации по настройке проектов, обсуждаются планы по развитию.

Подробно представлены возможности инструментов FlowVision для выполнения акустического расчета пропеллера с использованием функционала накопления и воспроизведения источников шума по насчитанным данным. Изложены результаты расчетов малоразмерного пропеллера, квадрокоптера и винта самолета Ан-2, приведено сравнение с результатами экспериментов. Показано, что функционал FlowVision является более эффективным для моделирования тонального шума винтов по сравнению с традиционными CFD-подходами.

В работе сделана попытка расчёта средствами FlowVision шумовых характеристик промышленного осевого вентилятора, состоящего из рабочего колеса и спрямляющего аппарата. При проведении расчётов учитывались данные заводских испытаний этого вентилятора и инженерная специфика решаемой задачи. Одной из основных целей данной работы было продвижение в сторону создания методики решения такого типа задач, не требующей больших вычислительных ресурсов.

Решается проблема ускоренного износа транспортного желоба чугуна. В ходе моделирования отработаны различные гипотезы по улучшению характеристик потока. В результате исследования выбрана оптимальная форма желоба.

Работа посвящена повышению износостойкости прошивных оправок прошивного стана за счёт оптимизации процесса их охлаждения. Для анализа гидродинамики и теплообмена была разработана и валидирована математическая модель в программном комплексе FlowVision. Моделирование позволило выявить конструктивные особенности, ограничивающие расход охлаждающей жидкости. Предложены решения по оптимизации геометрии элементов системы охлаждения. Ожидается, что реализация предложенных мероприятий позволит повысить расход воды в конструкции на 70%, увеличить стойкость оправок и повысить эффективность работы прокатного оборудования.

Работа посвящена исследованию причин резонансных колебаний погружного стакана на тонкослябовой МНЛЗ. Совместно с ТЕСИС была разработана математическая модель гидродинамики системы «промежуточный ковш - стакан - кристаллизатор» с учетом работы стопора. Моделирование позволило определить собственные частоты колебаний свободной поверхности расплава и выявить технологические режимы, вызывающие резонанс. Установлен механизм передачи колебаний на стакан. Выявлены потенциально опасные режимы разливки для новой конструкции кристаллизатора.

Процессы нейтрализации кислых стоков широко распространены в химической, металлургической и водоочистной промышленности. Прогнозирование гидродинамики и теплового режима работы конструкции является актуальной инженерной задачей на текущий момент. В докладе представлена валидация методики моделирования нейтрализации технической серной кислоты известняковым молоком на примере лабораторного опыта. Рассмотрены различные подходы к моделированию пенообразования в ходе реакции и влияние различных факторов на процесс нейтрализации.

Системы аспирации и фильтрации решают комплекс производственных задач: удаляют вредные вещества от источников образования, обеспечивают безопасность труда, защищают оборудование от износа, предотвращают взрывы горючей пыли и помогают соблюдать экологические нормы. Такие системы востребованы в деревообработке, металлообработке, пищевой, химической и цементной промышленности, а программный комплекс FlowVision позволяет эффективно моделировать их с необходимой степенью детализации ещё на этапе проектирования.