Nagy hőterhelésű alkatrész tervezése fúziós erőműbe

 

A világ első ipari méretű fúziós reaktorában (ITER) a plazma viselkedését különböző diagnosztikai műszerekkel vizsgálják. Ezeket a diagnosztikákat hőpajzsokkal (DFW=Diagnostic First Wall) védik a nagy hőterheléstől. A hőpajzsokat mind felületi, mind térfogati hőterhelések, továbbá különféle mechanikai hatások érik. A feladat ezekben a hűtőpajzsokban a hűtőcsatornák kialakítása úgy, hogy az alkatrész megfeleljen az adott atomenergetikai szabványoknak (RCC-MR 2007).


A DFW elhelyezkedése a reaktorban
 

 

A munkamenet rendkívül összetett, és számos iterációs lépést igényel. A kezdeti hűtőcsatorna kialakítás után kapcsolt termohidraulikai szimulációkkal kell ellenőrizni a hűtőfolyadék áramlását, hőmérsékletét, és az alkatrészben kialakuló hőmérséklet eloszlást. A termohidraulikai szimulációk után nemlineáris ciklikus-képlékeny mechanikai számítások következnek. Az alkatrészt vizsgálni kell továbbá a szabvány által meghatározott különböző terheléskombinációkra is. A teherkombinációk a fúziós reakciókból származó elektromágneses terhelésekből, önsúlyból, csavar előfeszítésből származó erőből, hűtőfolyadék nyomásából, szeizmikus terhelésekből és egyéb hőterhelésekből állnak. Amennyiben valamelyik vizsgálat során nem sikerül teljesíteni az előírt kritériumokat (maximális hőmérséklet, alakváltozás amplitúdó, maximális megengedett feszültség), a hűtőcsatornák és esetlegesen az alkatrészen található kivágások módosítása szükséges, a teljes szimulációs munkamenet újrakezdésével. A számítások különböző szoftverekben, illetve különböző hálókon történnek, így az egyes lépések közötti adattranszfer nagy kihívást jelent. Az adattranszferek és a sok iteráció miatt a munkamenetek automatizálása kiemelt fontosságú. A projekt során a hűtőcsövezés kialakítása után a számítások, és az eredmények szoftverek közötti átvitele open source környezetben, minimális felhasználói beavatkozás mellett történik, így a folyamat gyorsulása mellett a hibák lehetősége is csökken. A hőpajzsok ellenőrzése az RCC-MR szabvány szerint történik. A munkafolyamat korábban említett lépései mellett az eredmények kiértékelése is automatizálásra került, az ellenőrizni kívánt pontok kijelölése után a görbék automatikusan generálódnak le.  

Hőmérséklet eloszlás
Ciklikus képlékeny szimuláció eredményei 

Teherkombinációk kiértékelése 

Az előzőekben ismertetett feladat komoly kihívás elé állította cégünk munkatársait. Az egyedi kialakítású alkatrészek tervezése önmagában is időigényes feladat, ezért a hatékony munkavégzés érdekében az ismétlődő részfolyamatok (különböző analízis feladatok végrehajtása, eredmények kiértékelése) és az összekötésük (adattranszfer) automatizálása kiemelt fontosságú. Az egyedi munkafolyamat létrehozásában sok segítséget nyújtottak a különböző nyílt forrású szoftveres megoldások, melyek teljesítették az elvárt számítási pontosságot, emellett lehetővé tették a könnyen adaptálható automata folyamat kialakítását költséghatékony módon. A projekt során a cég munkatársai nagy tapasztalatot szereztek az ilyen speciális munkafolyamatok megtervezésében, programozásában és kezelésében.

 

Leave a Reply