Вестник МГТУ, 2021, Т. 24, № 2.

Амосов П. В. Численное моделирование теплового режима подземного объекта. Отметим, что структура полей скорости, которые рассчитываются в приближении НИГ, существенно отличается от структуры полей скорости в модели НЖ. Анализ структуры полей скорости в приближении НИГ при разных значениях расхода воздуха показывает, что в ситуациях большого расхода воздуха Q1 и Q2 с учетом монотонного спада объемной мощности остаточных тепловыделений структура потока на пять лет моделирования практически совпадает со структурой поля скорости в приближении НЖ. При меньших расходах воздуха имеются свои особенности в местоположениях и размерах вихреобразований. Таким образом, становится очевидным, что в модели НЖ, на базе которой выполнены текущие расчеты и исследования 2010-2012 гг. (Амосов и др., 2010a; 20106; Алексеева и др., 2013a; 20136), и в модели НИГ конвективный механизм переноса тепла, который является доминирующим в воздушной среде, существенно различается. Если в модели НЖ имеем практически однонаправленный перенос тепла к выходу из объекта хранения, то в модели НИГ конвективный перенос тепла варьирует в зависимости от расхода воздуха как во времени, так и в пространстве. Следовательно, результатом указанных отличий могут быть определенные изменения в итоговых показателях теплового режима объекта. Тепловой режим объекта хранения Для ответа на вопрос об условиях выполнения критериальных значений температуры проанализированы пространственно-временные распределения температуры для указанных выше значений расхода воздуха. Напомним, что прежде всего интерес вызывают критериальные значения температуры: в области скального массива (не выше 100 °С) и на поверхности железобетонной конструкции (не выше 85 °С). Анализ пространственно-временных распределений температуры показывает, что поиск максимальных температур в различных областях модели необходимо выполнять в различных сечениях (максимального разогрева, граница раздела "горная порода - встроенная конструкция", поверхность конструкции). В указанных сечениях проанализирована динамика пространственного распределения температуры при вариации расхода воздуха в модели НИГ. В частности, в табл. 3 представлены уровни прогнозируемых температур во времени в сечении максимального разогрева (высотная отметка по оси Z составляет 6,15 м, отсек с U-Zr топливом), а в табл. 4 - температура на границе раздела "горная порода - встроенная конструкция". Координаты области максимального разогрева вдоль оси Y имеют значения 26,5-27 м (область немного смещена вниз по потоку от середины отсека с U-Zr топливом). Как видно из табл. 3, при минимальном значении расхода воздуха в области встроенной конструкции, но не скальной породы, прогнозируется превышение критериального значения. Это превышение длится более двух лет, а максимум приходится на третий год. Если указанный критерий использовать и для инженерного сооружения, то можно констатировать, что дальнейшее уменьшение расхода воздуха недопустимо. Таким образом, при кратности воздухообмена в модуле хранения за один час на уровне ~4,4 можно обеспечить безопасный тепловой режим подземного объекта. Данные условия сравнительно легко осуществляются посредством подбора вентилятора с соответствующими параметрами или регулирования аэродинамических характеристик ветвей вентиляционной сети. Следует обратить внимание на рост температуры при уменьшении расхода воздуха, что естественно в подобных процессах. При этом для всех расходов, кроме минимального, максимум прогнозируется на второй год, а при минимальном расходе - на третий год. Таблица 3. Динамика максимальных температур в сечении наибольшего разогрева при вариации расхода воздуха (высотная отметка по оси Z составляет 6,15 м), °С Table 3. Dynamics of maximum temperatures in the cross-section o f the greatest heating with variations in air rate (the altitude mark on the Z axis is 6.15 m), °C Время, годы Модель НИГ Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Qi 1 94,00 92,43 90,95 90,33 89,17 88,19 2 100,65 97,08 93,13 91,19 90,34 89,25 3 100,67 96,41 91,94 89,18 88,51 87,57 4 99,08 94,65 90,18 87,23 86,56 85,72 5 97,13 92,70 88,33 85,38 84,68 83,92 Динамика максимальных температур с учетом расхода воздуха Q6, рассчитанная с использованием модели НЖ, приведена в табл. 4. Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что в расчетах по модели НИГ критериальное значение температуры для скального массива не превышено, т. е. формально имеется некоторый резерв по снижению расхода, а уменьшение расхода воздуха приводит к росту температуры. Прогноз температуры, выполненный в модели НЖ при минимальном расходе, свидетельствует о серьезном 234