Специалисты инжинирингового центра передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого завершили трехлетний проект по разработке цифровых двойников тепловыделяющих сборок (ТВС) водо-водяных ядерных ректоров — ТВС-К PWR и ТВС ВВЭР. Работы выполнялись на цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® по заказу компании «ТВЭЛ», входящей в состав Топливного дивизиона госкорпорации «Росатом».
«К современным разработкам тепловыделяющих сборок для ядерных реакторов предъявляются высокие технические требования, повышенные требования к безопасности и экономической эффективности. Цифровые двойники позволяют оптимизировать работу существующих ТВС и разрабатывать более эффективные конструкции со значительной экономией средств и времени, поскольку до 70% затрат приходится на этап проектирования. Использование технологии цифровых двойников в атомной промышленности не только снижает себестоимость разработки и производства, но и уменьшает количество необходимых натурных испытаний», — отметил руководитель ПИШ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков.
За три года работ инженеры Петербургского Политеха разработали виртуальные испытательные стенды и полигоны (ВИС и ВИП) для четырехгранных (ТВС-К PWR) и шестигранных (ТВС ВВЭР) тепловыделяющих сборок: ВИС «Гидродинамика», ВИС «Прочность», ВИП «Безопасность — ТУК» и ВИП «Безопасность — ОР СУЗ».
«На виртуальном испытательном стенде мы создали высокоадекватную компьютерную модель тепловыделяющих сборок и провели испытания, аналогичные одному году эксплуатации ТВС. Полученные результаты напряженно-деформированного состояния, такие как перемещение сборок, деформации радиационного роста и терморадиационной ползучести согласуются с опытом эксплуатации. Эти данные нужны для понимания текущего напряженно-деформированного состояния ТВС для внесения изменений в конструкцию для поддержания необходимого уровня прочности», — прокомментировал заместитель директора Инжинирингового центра ПИШ СПбПУ Николай Ефимов-Сойни.
Особенное внимание уделяется характеристикам транспортно-упаковочных комплектов в связи с тем, что к безопасности транспортировки тепловыделяющих сборок предъявляются очень высокие требования. Разработчики передовой инженерной школы СПбПУ, используя возможности цифровой платформы CML-Bench® и мощности суперкомпьютерного центра «Политехнический», создали виртуальный испытательный полигон. Он позволяет проводить цифровые испытания конкретных видов транспортно-упаковочных комплектов согласно требованиям Международного агентства по атомной энергии. Применение виртуального полигона позволит разрабатывать новые конструкции/типы транспортно-упаковочных комплектов, которые будут проходить все необходимые натурные испытания с первого раза. Также специалисты ПИШ СПбПУ оптимизировали конструкцию транспортно-упаковочных контейнеров, уменьшив их массу и количество сварочных швов, и таким образом повысили технологичность производства при удовлетворении требованиям прочности.
Кроме того, инженеры передовой инженерной школы выполнили оптимизацию конструкции и расположения перемешивающих решеток по высоте ТВС для повышения интенсификации теплообмена и снижения неравномерности подогрева теплоносителя по сечению тепловыделяющих сборок.
С 2025 года проект «Передовые инженерные школы» реализуется в рамках национального проекта «Молодежь и дети».