Ученые ИМСС УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) провели исследование процесса смешения двух разнотемпературных потоков натриевого теплоносителя в Т-образном соединении цилиндрических каналов (тройнике).

Актуальность исследования обусловлена тем, что повышение безопасности эксплуатируемых и проектируемых реакторных установок является одной из основных задач в ядерной энергетике.
Во время эксплуатации реакторных установок на быстрых нейтронах были зафиксированы случаи разгерметизации оборудования и трубопроводных систем, приводящие к истечению натриевого теплоносителя.

Были отмечены протечки на Белоярской АЭС, а также на французском реакторе Phenix, где произошла разгерметизация главных трубопроводов двух из трех петель II контура в месте расположения сварного соединения. Причиной послужило воздействие на тройник пульсаций температур, возникших в результате смешения разнотемпературных потоков натрия. Термоциклическая усталость материала стенок тройника привела к его разгерметизации. Во избежание подобных проблем этот процесс необходимо изучать.

Экспериментальные исследования были выполнены на двухтемпературном натриевом стенде. Измерения проведены для разных сочетаний расходов и температур горячего и холодного натрия. С помощью тепловизора визуализированы вариации поля температуры на поверхности тройника, проявляющиеся в виде возникающих и мигрирующих с потоком областей с повышенной амплитудой пульсаций температуры.

Показано, что процесс не является регулярным и не свидетельствует о наличии на стенке периодических колебаний температуры. Для оценки частоты пульсации температуры были проанализированы вейвлет-анализом. Это позволило идентифицировать нестационарные квазипериодические пульсации и оценить интервалы их частот.

Итоги исследования были опубликованы в высокорейтинговом научном издании: «Перемешивание разнотемпературных потоков жидкого натрия в трубопроводе за тройником // Теплоэнергетика, 2023, №3, с. 49-57».