Trudy NGTU im. R.E. AlekseevaTrudy NGTU im. R.E. AlekseevaТруды НГТУ им. Р.Е. Алексеева1816-210XNizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev655841ZXKJEKNUCLEAR POWER AND ATOMIC POWER ENGINEERINGЯдерная энергетика и атомное машиностроениеResearch ArticleOptimization of the flow part of a magnetohydrodynamic filter based on numerical simulation using a CFD-codeОптимизация проточной части магнитогидродинамического фильтра для систем водоподготовки ЯЭУ на основе численного моделирования с применением CFD-кодаhttps://orcid.org/0000-0002-1146-3081SobornovA. E.СоборновАлександр Евгеньевич
Russian Federation

старший научный сотрудник, канд. техн. наук

wisestjedi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8777-4337RyazapovR. R.РязаповРенат Рамильевич
Russian Federation

доцент, канд. техн. наук

riazapov.rr@nntu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1599-957XMatsinN. V.МацинНикита Владимирович
Russian Federation

младший научный сотрудник

lebron.09@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8539-8158KotinA. V.КотинАндрей Валерьевич
Russian Federation

математик 1 категории ИОЦ

an.kotin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5060-5559VorobyevI. V.ВоробьевИлья Владимирович
Russian Federation

студент

flymoment@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0002-5518-3687TerekhinA. N.ТерехинАлександр Николаевич
Russian Federation

доцент, канд. техн. наук

zamftf@nntu.ruR.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical UniversityНижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева15072024451631302202513022025Copyright ©; 2024, Sobornov A.E., Ryazapov R.R., Matsin N.V., Kotin A.V., Vorobyev I.V., Terekhin A.N.Copyright ©; 2024, Соборнов А.Е., Рязапов Р.Р., Мацин Н.В., Котин А.В., Воробьев И.В., Терехин А.Н.2024Sobornov A.E., Ryazapov R.R., Matsin N.V., Kotin A.V., Vorobyev I.V., Terekhin A.N.Соборнов А.Е., Рязапов Р.Р., Мацин Н.В., Котин А.В., Воробьев И.В., Терехин А.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/1816-210X/article/view/655841

The article presents the results of a study that continues a cycle of calculation and experimental work aimed at developing a high-temperature magnetohydrodynamic filter designed for water treatment systems of nuclear power plants. The results of numerical modeling of three design variants of the modernized flow part of the hydrodynamic filter using permanent magnets made of an alloy of iron, boron and neodymium of the N42SH brand are presented. Modeling of hydrodynamic processes in a viscous incompressible fluid flow was carried out in a commercial calculation code using the Reynolds stress model. In this model, turbulent stresses in the fluid flow are nonlinearly related to the velocity components, which leads to a more accurate solution regarding the spatial distribution of velocity within the RANS approach. The optimal value of the magnetic system height, based on the results of the calculation study, was 60 mm. The calculated value of hydraulic resistance at maximum flow rate was 52.94 kPa. The problem of straightening the flow at the outlet section of a magnetohydrodynamic filter in order to minimize the hydraulic resistance of the structure and ensure the most uniform turbulent velocity profile is also investigated. The results of numerical modeling of seven design variants of a flow straightener based on the use of various finning options made of straight plates on the inner generatrix of the channel are presented. The analysis of the results of the calculation study was carried out and the most effective and optimal design of the straightener from the point of view of reliability and ease of manufacture was proposed.

Представлены результаты исследования, продолжающего цикл расчетно-экспериментальных работ, направленных на разработку высокотемпературного магнитогидродинамического фильтра, предназначенного для систем водоподготвки ядерных энергетических установок. Приведены результаты численного моделирования трех вариантов конструкции модернизированной проточной части гидродинамического фильтра с применением постоянных магнитов из сплава железа, бора и неодима марки N42SH. Моделирование процессов гидродинамики в потоке вязкой несжимаемой жидкости осуществлялось в коммерческом расчетном коде с применением модели напряжений Рейнольдса (Reynolds stress model). Для данной модели характерно, что турбулентные напряжения в потоке жидкости нелинейно связаны с компонентами скорости, что обуславливает более точное решение в отношении пространственного распределения скорости в рамках RANS подхода. По результатам выполненного расчетного исследования определена высота магнитной системы, оптимальное значение которой составило 60 мм. Расчетная величина гидравлического сопротивления составила при максимальном расходе 52,94 кПа. В продолжение работы исследована задача выпрямления потока на выходном участке магнитогидродинамического фильтра с целью минимизации гидравлического сопротивления конструкции и обеспечения наиболее равномерного турбулентного профиля скорости. Представлены результаты численного моделирования семи вариантов конструкции выпрямителя потока на основе применения различных вариантов оребрения, выполненного из прямых пластин, на внутренней образующей канала. Проведен анализ результатов расчетного исследования, и предложена наиболее эффективная и оптимальная с точки зрения надежности простоты изготовления конструкция выпрямителя.

swirling flowmagnetohydrodynamic filtercomputer modelingmagnetic fieldpermanent mag-netmagnetic forcehydrodynamicsзакрученный потокмагнитогидродинамический фильтркомпьютерное моделированиемагнитное полепостоянный магнитмагнитная силагидродинамикаДмитриев С.М., Треушников М.В., Соборнов А.Е., Рязапов Р.Р., Котин А.В., Мамаев А.В. Патент на полезную модель № 197879 U1 Российская Федерация, МПК B01D 35/06, B03C 1/02. Магнито-гидродинамический фильтр: № 2020109882 : заявл. 06.03.2020 : опубл. 03.06.2020; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» (НГТУ). – EDN BIRAYH.Дмитриев, С.М. Результаты экспериментального исследования и численного моделирования циклонного фильтра с постоянными магнитами для систем спецводоочистки ЯЭУ / С.М. Дмитриев, А.Е. Соборнов, Р.Р. Рязапов, А.В. Мамаев, А.В. Котин, М.А. Легчанов, М.В. Треушников // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2022. № 3 (138). С. 54-65.Белов, И.А. Моделирование турбулентных течений / И.А. Белов, С.А. Исаев. – СПб: изд-во БГТУ, 2001. – 108 с.Ansys Fluent Theory Guide 19.0, 2018.Воробьев, И.В. Модернизация проточной части магнитогидродинамического фильтра с применением CFD-кода / И.В. Воробьев, В.П. Иванов, М.А. Налепин, Н.В. Мацин, Р.Р. Рязапов, А.Е. Соборнов // Будущее технической науки: сборник материалов XXII Всероссийской молодежной научно-технической конференции. – Н. Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2023. С. 500-501.Кореневский, А.А. Определение профиля скорости в круглой цилиндрической трубе при турбулентном режиме течения с использованием численных методов / А.А. Кореневский, М.В. Рябинин // Экспозиция нефть газ. 2016. № 3 (49). С. 64-70.