Этап 2.
Построение упрощенной системы расчета «скачка конденсации». Одномерное приближение. Скачок рассматривается как газодинамический разрыв.
Реальная полная модель намного сложнее. Базируется на полной системе дифференциальных уравнений в частных производных с учетом уравнений кинетики ядрообразования, скорости роста/испарения капель новой фазы и т. п. [8]
В качестве методов численного исследования использовался известный метод С.К. Годунова, который был модифицирован и развит для расчета нестационарных смешанных течений с неравновесными фазовыми превращениями.
Результаты численного моделирования коррелировались на основе многофакторного физического эксперимента с получением необходимых поправок уравнения кинетики Френкеля-Зельдовича.
Полнота и адекватность описываемой модели и метода позволила исследовать широкий класс физико-химический процессов газодинамики (например, процессы в ядерных реакторах на диссонирующих газах, газодинамических лазерах с энергонакачкой и др. [8].
Ну и самое интересное — использование данной теории на базе метода аналогий (по Самарскому) для анализа нестабильных процессов в социуме в точках бифуркаций. ([9], гл. 2,3.).
3.2.3 Ренессанс вычислительной гидрогазодинамики в атомной энергетике
В завершении этой части — демонстрация активности развития этого направления в «Росатоме», хотя и спустя 30 лет.
Приведу выдержки из статьи 2022 г. (Вестник АЭМ 2.0). В. Волков. Расчеты в условиях неопределенности. Июнь, 2022 г.).
«Цифровая альтернатива»
Аббревиатура CFD расшифровывается как Computational Fluid Dynamics, или по-русски: вычислительная гидроаэродинамика. Это научная дисциплина появилась с развитием компьютерных технологий, она дополняет экспериментальные и теоретические подходы к конструированию, а иногда выступает и в качестве альтернативы им.
Для наукоемких технологий, которые везде и всюду используются в атомной отрасли, знания имеют критически важное значение: чем больше имеешь информации о теплофизических процессах в оборудовании, тем надежнее и безопаснее будет АЭС. CFD — расчеты повышают этот уровень знаний, а также снижают затраты на разработку новых конструкций. Они позволяют предсказать характеристики будущего оборудования, провести сравнение различных конструкций еще на стадии проектирования.
Реальные эксперименты — занятие крайне затратное по времени и по деньгам, а CFD — коды частично заменяют и дополняют их математическими расчетами. Эти коды описывают непосредственно физику процесса и поведение среды. Они универсальны, то есть могут применяться для различного оборудования без привязки к конструкции. Получается, что при помощи CFD можно рассчитать поведение среды и для насосов, и для реакторов, и для парогенераторов (и даже аэродинамику автомобиля или самолета).
Например, эксперименты на гидравлических стендах ограничиваются определенным диапазоном чисел Рейнольдса. За пределами возможностей большинства экспериментальных установок оказывается также диапазон очень высоких температур. Многие исследования связаны со слишком большим масштабом в пространстве и недоступны для моделирования. Во всем этом может помочь технология CFD. Таким образом, сроки и стоимость проектирования новых конструкций реакторного оборудования существенно сокращаются, а качество возрастает.
Анализ неопределенности
Без CFD не обойтись при расчете абсолютно новых проектов, когда конструкторское решение неизвестно, нет рефе- рентности, нет экспериментальных данных. Например, при расчетах для реакторов средней и малой мощности. МАГАТЭ уже сейчас позволяет применять CFD — расчеты для обоснования безопасности реакторной установки при условии проведения анализа неопределенности. CFD находятся на стыке теоретических и практических знаний, программирования и физики. Современная наука движется в направлении мульти- физичности и связи различных направлений в единые. «Один из самых актуальных вопросов развития CFD — как увязать расчет одномерным и трехмерным кодом в одной модели. Это необходимо, чтобы рассчитывать ту часть исследуемой области, где преобладают трехмерные процессы (например, места соединения труб, где потоки смешиваются), и в то же самое время ту часть, где течение одномерное, по прямой».