28-29 июня 2023 года в Передовой инженерной школе «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) прошел совместный семинар «ТВЭЛ – СПбПУ», посвященный математическому и компьютерному моделированию процессов, протекающих в тепловыделяющих сборках. Соорганизатором выступил Центр трансфера технологий СПбПУ «Центр трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий».
Речь идет о проекте «Разработка цифрового двойника начальной стадии ядерного цикла в части ТВС-К PWR и ТВС ВВЭР», который выполняет Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) ПИШ СПбПУ в интересах АО «ТВЭЛ» (ГК «Росатом»). В семинаре также принимали участие специалисты ООО «Центротех-инжиниринг» (ООО «НПО «Центротех», контур управления ТК «ТВЭЛ» ГК «Росатом»).
Участники семинара
Представители АО «ТВЭЛ»:
- Косоуров Евгений Константинович, начальник отдела ОПОЯТ;
- Морозкин Олег Николаевич, главный эксперт;
- Скрынник Илья Александрович, главный специалист;
- Фокина Галина Владимировна, главный специалист;
- Вьялицын Дмитрий Викторович, руководитель проекта;
- Чекунов Андрей Игоревич, главный эксперт;
- Яруничев Валерий Андреевич, главный специалист.
Представители ООО «Центротех-инжиниринг»:
- Михайлов Иван Алексеевич, главный специалист;
- Лукинский Евгений Владимирович, инженер второй категории;
- Тудоровский Сергей Викторович, инженер второй категории;
- Козлов Станислав Владиславович, инженер второй категории.
Представители ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»:
- Ефимов-Сойни Николай Константинович, начальник отдела энергетического машиностроения;
- Чишко Сергей Давидович, начальник отдела исследования и проектирования механизмов;
- Войнов Игорь Юрьевич, начальник отдела конечно-элементной механики и компьютерного инжиниринга;
- Минин Николай Николаевич, заместитель начальника отдела энергетического машиностроения;
- Мурашов Юрий Васильевич, ведущий инженер отдела исследования и проектирования механизмов;
- Авксентьев Алексей Игоревич, младший научный сотрудник отдела энергетического машиностроения;
- Бабак Дмитрий Владимирович, инженер отдела энергетического машиностроения;
- Болотова Виктория Константиновна, инженер отдела энергетического машиностроения;
- Воротников Олег Викторович, младший научный сотрудник отдела энергетического машиностроения;
- Зудилина Ольга Александровна, инженер отдела энергетического машиностроения;
- Колодяжный Игорь Юрьевич, инженер отдела энергетического машиностроения;
- Мизун Валерия Андреевна, специалист отдела энергетического машиностроения;
- Постоловский Константин Владимирович, инженер-исследователь отдела энергетического машиностроения;
- Фролов Максим Максимович, инженер отдела энергетического машиностроения.
Специалисты ИЦ «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) ПИШ СПбПУ работают над созданием цифрового двойника (ЦД) тепловыделяющей сборки (ТВС) водо-водяного реактора, позволяющего системно учитывать все основные процессы и явления в ТВС. Главным вызовом при разработке и оптимизации конструкций ТВС является сложность и мультидисциплинарность процессов, происходящих в ней.
Открывая семинар, начальник отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ Николай Ефимов-Сойни отметил, что создание цифрового двойника ТВС на базе Цифровой платформы CML-Bench® позволит системно учитывать все основные процессы и явления в ТВС, разрабатывать новые конструкции как элементов ТВС, так и всей сборки целиком. Кроме того, разработка откроет возможности для применения новых технологий, таких как аддитивная печать цирконием или изготовление из керамических материалов.
- «Ключевые конкурентные преимущества любого высокотехнологичного изделия закладываются именно на этапе разработки, – отметил Николай Константинович. – Применение технологии цифровых двойников в атомном машиностроении поможет снизить себестоимость разработки, изготовления и эксплуатации изделия, а также уменьшить количество проводимых дорогостоящих и длительных натурных испытаний при доводке изделия до требуемых характеристик и сократить время вывода новой конкурентоспособной продукции на рынок».
Двухдневная программа семинара включала доклады по ключевым направлениям проекта, а также подробное обсуждение технических вопросов.
Так, инженер отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Константин Постоловский выступил с докладом на тему
- «Разработка и реализация параметрической модели ТВС на примере ТВС-К в рамках виртуального испытательного полигона «Прочность».
Цель заключалась в разработке многопараметрической модели, с помощью которой можно оперативно вносить изменения в модель для оценки влияния конструктивных изменений на прочностные характеристики изделия. При этом решаются задачи упрощения модели, определения значений для параметризации модели, построение, верификация и валидация модели.
Инженер отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Виктория Болотова рассказала об особенностях работы разработанной модели радиационного роста в рамках виртуального испытательного полигона «Прочность».
Инженер отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Дмитрий Бабак выступил с докладом о валидации расчетной модели на примере стенда КС аксиального распределения температур в имитаторах ТВЭЛ и исследовании сеточной сходимости (исследование независимости численных результатов от характеристик конечно-элементной сетки), которое проводится для определения стабильности результатов вне зависимости от плотности КЭ сетки. Еще одно выступление спикера было посвящено проведению параметрической оптимизации сложной модели на примере перемешивающей решетки в рамках разработки виртуального испытательного полигона «Гидродинамика», описанию инструментов и ресурсов, требуемые для проведения оптимизации.
Инженер отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Игорь Колодяжный представил описание математическихмоделей ВВЭР-1200 и ТВС-К: характеристики, требования, область применения в рамках виртуального испытательного полигона «Гидродинамика». Целью данного проекта является создание набора высокоадекватных цифровых моделей тепловыделяющих сборок типа ВВЭР-1200 и ТВС-К. Как отметил спикер, результатом должна стать система взаимоувязанных моделей, предоставляющих данные о состоянии сборки при различных режимах эксплуатации, интегрированная в цифровую платформу разработки и применения цифровых двойников CML-Bench®.
Еще один доклад касался автоматизации цифрового двойника ТВС для дальнейшего развития моделей сборок в рамках виртуального испытательного полигона «Гидродинамика». В ходе выполнения проекта сделан вывод, что применение инструментов автоматизации при разработке ЦД ТВС существенно повысило скорость достижения результатов, однако степень автоматизации может быть увеличена, что в перспективе позволит получать новые качественные результаты при оптимизации ТВС. Также намечены основные направления и ключевые цели по дальнейшей автоматизации сборок с целью достичь большей эффективности при управлении разработкой и применением ЦД ТВС.
В завершение встречи участники семинара обсудили перечень перспективных работ: «Включение модели кипения», «Гомогенизация в стержневую модель. Переход в механику анизотропного тела». Представители АО «ТВЭЛ» и ООО «Центротех-Инжиниринг» подтвердили высокую актуальность темы моделирования процессов, протекающих в тепловыделяющих сборках, и совместно определили актуальные научно-технические задачи по текущему проекту.
- «Семинар прошел очень продуктивно. В формате четких и структурированных докладов были представлены результаты работ на промежуточных этапах проекта. Мы обсудили разные подходы к решению тех или иных задач.
- Хочется отметить важность обратной связи от коллег из «ТВЭЛ», поскольку постоянное взаимодействие позволяет выбирать те способы и методы решений, которые являются наиболее эффективными для достижения конечной цели проекта. Практику подобных рабочих встреч планируем продолжить»,
– резюмировал Николай Ефимов-Сойни.
Напомним, в мае этого года в ПИШ СПбПУ состоялся аналогичный научно-технический семинар с участием руководителей направлений и ведущих специалистов АО «ТВЭЛ», НПО «Центротех», ООО «Центротех-Инжиниринг». Темой совещания стала роторная динамика.