Создание дросселирующих магнитогидродинамических машин и устройств с жидкометаллическим рабочим телом для ядерных и плазменных установок (04.04.2011)

Автор: Витковский Иван Викторович

ВИТКОВСКИЙ ИВАН ВИКТОРОВИЧ

СОЗДАНИЕ ДРОССЕЛИРУЮЩИХ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МАШИН И УСТРОЙСТВ

С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ РАБОЧИМ ТЕЛОМ

ДЛЯ ЯДЕРНЫХ И ПЛАЗМЕННЫХ УСТАНОВОК

01.04.13 – электрофизика, электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург

Работа выполнена в ФГУП «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им Д.В. Ефремова», Санкт-Петербург

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик РАН Рутберг Филипп Григорьевич;

доктор технических наук, профессор

Свиридов Валентин Георгиевич;

доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Мазуль Игорь Всеволодович

Ведущая организация: ФГУП «Физико-энергетический институт

имени А.И.Лейпунского»

Защита диссертации состоится « »…………. 2011 года в 14-00 на заседании диссертационного совета Д.201.006.01 при ФГУП «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им Д.В. Ефремова» по адресу: 196641, Санкт-Петербург, п. Металлострой, ул. Полевая, д.12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

НИИЭФА им.Д.В. Ефремова

Автореферат разослан « » ………….2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Шукейло И.А.

Введение

Стратегией развития атомной энергетики России предусматривается ввод в систему атомной энергетики реакторов на быстрых нейтронах (быстрых реакторов). Использование таких реакторов обеспечивает расширенное воспроизводство топлива и замкнутый топливный цикл, в результате чего энергетическим ресурсом является не только изотоп уран-235, но и уран-238 после превращения в плутоний становится новым делящимся изотопом, что увеличивает сырьевой ресурс топлива в десятки раз. Кроме того, становится рентабельным торий, что обеспечивает фактически неисчерпаемую топливную базу атомной энергетики при практически любых её масштабах.

Наряду c развитием наземной ядерной энергетики в настоящее время ведется разработка программы создания нового поколения космических ядерных энергетических установок (КЯЭУ) с применением быстрых реакторов.

Другим стратегическим направлением будущей энергетики является термоядерная энергетика, базирующаяся на применении крупных плазменных установок типа «ТОКАМАК». Успехи по реализации Международной программы в области термоядерного синтеза – экспериментального термоядерного реактора (ТЯР) «ИТЭР», проекты демонстрационного реактора «ДЕМО» вселяют уверенность, что в обозримом будущем человечество получит источник неисчерпаемой энергии.

В быстрых и перспективных термоядерных реакторах теплоносителем (жидкометаллическим рабочим телом) является жидкий щелочной металл: натрий, сплав натрий-калий, литий; или свинец и его сплавы. Литий, как рабочее тело, весьма перспективен для различных ионно-плазменных установок, включая космические электрореактивные двигатели (ЭРД) для коррекции орбит летательных аппаратов. В этих случаях, как правило, требуется бесконтактное воздействие на рабочее тело.

Движение жидкометаллических рабочих тел за счет воздействия на них электромагнитных сил реализуется магнитогидродинамическими (МГД) – насосами (электромагнитными насосами (ЭМН). Вопросы теории, практики изготовления и эксплуатации ЭМН освещены в трудах видных советских и российских ученых:

Г.А. Баранова, Б.А. Ватажина, Л.А. Верте, А.И. Вольдека, В.А. Глухих, И.Р. Кириллова, И.В. Лаврентьева, Я.Я. Лиелпетера, О.А. Лиелаусиса, Г.А. Любимова, Н.М. Охременко, С.А. Регирера, А.В. Тананаева, И.М. Тютина и др.

Бесконтактным способом воздействия на жидкометаллический поток является и МГД-дросселирование расхода теплоносителя через параллельные ветви теплообменника, предназначенного для сброса тепловых нагрузок с реактора в аварийных случаях, синхронизации (выравнивании) расхода потоков в параллельных секциях парогенераторов и т. п.

Другим примером МГД-дросселирования могут служить системы подачи жидкометаллического рабочего тела в электрореактивные двигатели, ионно-плазменные, плазменные установки. Так, в частности, на спутнике «Космос 728» за счет МГД-дросселирования потока успешно решалась задача стабилизации расхода рабочего тела в ионно-плазменной установке при изменении противодавления на выходе системы подачи.

Показательным примером МГД-устройства, в котором происходит МГД-дросселирование потока, является бланкет термоядерного реактора с жидкометаллическим рабочим телом. Жидкометаллическая проточная часть (канал) такого бланкета располагается в зоне действия сильных магнитных полей. При движении жидкометаллического рабочего тела в нем возникают электромагнитные силы, тормозящие поток, поэтому, если при создании МГД-дросселирующих устройств стремятся к усилению эффекта дросселирования, то при создании бланкета принимают меры к снижению МГД-потерь в канале, что, в конечном итоге, ведет к повышению эффективности системы преобразования энергии ТЯР.

Кроме этого, дросселирование жидкометаллических рабочих сред имеет место при следующих режимах эксплуатации МГД-машин: «пассивное дросселирование» - в пусковых ЭМН после запуска космических ядерных энергетических установок (КЯЭУ); «ожидание» - в ЭМН систем аварийного расхолаживания (САРХ) наземных реакторов на быстрых нейтронах; «тормозной» - в ЭМН исследовательских установок.

Во всех случаях проблема управления или обеспечения заданных параметров течения жидкого металла для достижения оптимальных рабочих характеристик процессов и аппаратов весьма актуальна, а ее решение в конечном счете представляет собой реализацию современных задач экономии природных и энергетических ресурсов.

Первые в мировой практике работы по созданию МГД-дросселирующих машин и устройств для щелочных металлов были начаты в НИИЭФА им.Д.В.Ефремова в начале 70-х годов двадцатого века и обусловлены необходимостью дросселирования расхода рабочего тела по параллельным секциям парогенератора ядерной энергоустановки БН-350 в г. Шевченко, Казахской ССР, а также началом разработок электрореактивных двигателей в ОКБ «ФАКЕЛ», г. Калининград.

Автор настоящей диссертации с самого начала возглавляет в НИИЭФА работы в этой области, активно участвуя на всех этапах создания МГД-техники.


загрузка...