В результате, при заданных параметрах эксплуатации можно было определить и рассчитать те стартовые параметры (концентрация кислорода, скорость потока и пр.) при которых на поверхности стали образовываться и поддерживался слой прочного и плотного оксида (а именно, черного FeO, а не более рыхлых бурых гематита и магнетита Fe2O3 и Fe3O4), пассивирующего поверхности и препятствовавших не только дальнейшей коррозии, но и защищавший металл от каплеударной эрозии.
Важнейшим результатом модельных расчетов был расчет непосредственно износа, изъедания поверхности труб, патрубков, изгибов и т. п. в потоке водяного тракта, вплоть до его разрушения.
Подобные (по цели, но не по модели) расчеты в то время проводились и за рубежом — во Франции, США и др. Однако они основывались на огромном количестве дорогостоящих ресурсных экспериментов, на которых вырабатывались эмпирические формулы и коэффициенты, частично описывающие ЭКИ, но совершенно не учитывающие физическую суть явления.
По модели, созданной во ВНИИ АЭС, были проанализированы многие инциденты, связанные с авариями в результате ЭКИ.
Наиболее ярким примером был расчет разрыва патрубка пароводяного тракта в результате ЭКИ на финской АЭС «Ло- виза». Сам обрыв был серьезнейшим инцидентом, который можно было избежать, если и не избежать, то хотя бы предотвратить своевременным прогнозом.
Численное моделирование с динамической демонстрацией износа на этапе мониторинга, что показало, что патрубок оборвался через 3,5 года. Причем сам прогнозный расчет занял всего 35 секунд. (Расчеты М. Салтанова).
Патрубок на реальной станции простоял 3 года и 8 месяцев.
Что примечательно, модель была реализована (это был 1990 г.) на минимальной конфигурации портативного компьютера, по сути арифмометра, по сравнению с которым любой современный смартфон выглядит недосягаемым вычислительным аппаратом.
При этом в качестве интерфейса результатов расчетов одним из первых в СССР был применен именно графический монитор, на котором наглядно отражалась динамика процесса.
Для проверки модели и режимов на специальном полигоне в г. Электрогорске под руководством Б.И. Нигматулина (руководителя всего проекта) были сооружены ряд стендов. Ресурсные и натурные эксперименты показали очень хорошее совпадение результатов с расчетами.
В 1990 году в Минатомэнерго СССР была поставлена задача реализации соответствующей программы и было выделено финансирование.
К сожалению, развитие страны после 1991 года не соответствовало дальнейшей разработке модели.
Важно, что актуальность сохраняет как методология (фи- зичность, комплексность, численный эксперимент), так и сама модель. Железо ржаветь не перестало. Главное — чтобы не ржавели мозги.
3.2.2.3 Нестационарность при спонтанной концентрации в сверхзвуковом сопле
Процесс расширения перенасыщения водяного пара в сверхзвуковых соплах включает полный набор сложностей нелинейной неравновесной динамической системы:
— неравновесность, роль флуктуаций (скорость нуклеации ядер конденсации),
— растущая неустойчивость с последующим разрушением метастабильности и скачкообразным фазовым переходом,
— явные признаки самоорганизации по типу: от неустойчивости (хаоса) к порядку (новое состояние),
— спонтанное появление стационарных или нестационарных ударных волн (газодинамических разрывов),
— возможность внешнего управления (необходимо знать механизмы и способы их использования).
Вот такой трудно формализуемый объект/процесс спонтанной конденсации и подлежал изучению, осмыслению, построения физических и математических моделей, а также созданию сложных экспериментальных установок для верификации математических моделей и численного анализа физическим экспериментом.
Эти процессы подробно исследованы и представлены в ряде статей и монографий автора. [6,8]
В данной же главе попробуем лишь кратко пройти путь формирования этого направления по типу «от простого к сложному».
Этап 1.
Экспериментальное доказательство возникновения метастабильности при расширении слабо перегретого пара в сверхзвуковом сопле. Показано, что расширение происходит не равновесно. При достижении определенного переохлаждения ДТк происходит скачкообразный фазовый переход — «скачок» конденсации, который фиксируется по распределению статического давления вдоль сопла, а также теневыми фотографиями (рис. 2). Практическая демонстрация самоорганизации неравновесной системы посредством фазового перехода в точке бифуркации (критическое значение переохлаждения расширяющегося пара ДТк.