EDN: BBYSFA
Авторы
Иванов А.С., Алексеев П.А., Ружников В.А.
Организация
Акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского»
Иванов А.С. – инженер-исследователь. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, д. 1. Тел.: (484) 399-70-00 (доб. 43-88); e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Алексеев П.А. – старший научный сотрудник, кандидат технических наук.
Ружников В.А. – ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук.
Аннотация
В статье описываются методы автоматизации расчета электрических характеристик термоэмиссионных реакторов-преобразователей, направленные на повышение точности, эффективности и надежности проектирования сложных энергетических систем. Для расчетов используется модернизированная версия программы TFEDM22, разработанная для анализа теплоэлектрофизических характеристик электрогенерирующего канала (ЭГК) термоэмиссионного реактора-преобразователя. Уникальность TFEDM22 заключается в реализации моделирования теплообмена за счет тока термоэмиссии, дополняющей традиционные задачи переноса тепла, что обеспечивает высокую точность и достоверность результатов. Необходимость автоматизации обусловлена усложнением детального расчета электрических характеристик, вызванным добавлением этапа интеграции данных из программы нейтронно-физического расчета. Разработанный алгоритм, написанный на языке Python, автоматизирует обработку данных, минимизируя ручной труд, снижая вероятность ошибок и значительно ускоряя процесс проектирования. Алгоритм считывает результаты нейтронно-физического расчета, преобразует их в формат, совместимый с TFEDM22, и формирует подробную вольт-амперную характеристику для каждого ЭГК. С учетом геометрии и характеристик каждого канала он автоматически выполняет коммутацию элементов внутри реактора-преобразователя, определяя оптимальный режим работы всей системы. Использование Python обеспечивает гибкость, масштабируемость и простоту адаптации алгоритма к различным конфигурациям реакторов. Предложенный подход упрощает проектирование сложных систем, позволяет быстро найти оптимальный режим работы реактора-преобразователя, минимизирует временные затраты и снижает риски проектных ошибок. Он открывает перспективы для оптимизации термоэмиссионных реакторов в космических энергетических установках и других высокотехнологичных областях, где требуется стабильная, эффективная и безопасная работа энергетических систем, обеспечивая их долговечность и производительность.
Ключевые слова
теплоэлектрофизические характеристики, электрогенерирующий канал, термоэмиссия, термоэмиссионный реактор-преобразователь, автоматизация расчета, алгоритм, коммутация электрогенерирующих каналов, вольт-амперная характеристика
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Кухаркин Н.Е. Космическая ядерная энергетика (ядерные реакторы с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием – «Ромашка» и «Енисей»). Под ред. Н.Н. Пономарева-Степного. М.: ИздАт, 2008. 146 с.
- Зродников А.В. Прямое преобразование энергии. Сборник трудов 4-й научно-практической конференции Минатома России: Использование достижений фундаментальных исследований в ядерных технологиях Москва, 2003. C. 105–122.
- Применение термоэмиссионных ЯЭУ с реактором-преобразователем на тепловых нейтронах для межорбитальных перелетов космических аппаратов. Атомная энергия, 1991, т. 70, вып. 4, с. 221–247.
- Грязнов Г.М. К 30-летию пуска первого в мире термоэмиссионного ядерного реактора «Топаз». Атомная энергия, 2000, т. 89, вып. 1, с. 6–11.
- Куландин А.А., Тимашев С.В., Атамасов В.Д., Борзилов Б.М., Герасименко П.В., Сырцов Л.А. Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ. Л., Энергоатомиздат, 1987. С. 140–170.
- Ушаков Б.А., Никитин В.Д., Емельянов И.Я. Основы термоэмиссионного преобразования энергии. М.: Атомиздат, 1974. C. 100–110.
- Кузнецов В.А. Ядерные реакторы космических энергетических установок. М.: Атомиздат, 1977. С. 210–215.
- Ружников В.А. Методы расчета тепловых и электрических характеристик систем прямого преобразования энергии. Часть 1. Термоэмиссионный электрогенерирующий канал. Обнинск, Государственный научный центр РФ – Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского, 2001. 25 с.
- Ярыгин В.И., Ионкин В.И., Купцов Г.А., Овчаренко М.К., Ружников В.А., Пышко А.П., Михеев А.С., Ярыгин Д.В., Евтихин В.А., Богуш И.П., Люблинский И.Е., Чуманов А.Н. Космические термоэмиссионные ЯЭУ нового поколения с вынесенным из активной зоны реактора электрогенерирующими системами. Атомная энергия, 2000, т. 89, вып. 1, с. 22–25.
- Линник В.А. Расчетно-теоретические методы исследования выходных характеристик термоэмиссионных электрогенерирующих элементов, электрогенерирующих сборок (каналов) и реакторов-преобразователей космических ЯЭУ. Препринт ФЭИ-3058. Обнинск, 2005. 70 с.
- Ружников В.А. Численный метод совместного решения тепловой и электрической задач для термоэмиссионного электрогенерирующего канала. Препринт ФЭИ-774. Обнинск, 1977. 16 с.
- Ярыгин В.И., Ружников В.А., Синявский В.В. Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии. М., НИЯУ МИФИ, 2016. 364 с.
- Синявский В.В. Методы определения характеристик термоэмиссионных твэлов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 184 с.
- Виноградов Е.Г., Ярыгин В.И. Методика расчета электротеплофизических характеристик термоэмиссионного электрогенерирующего канала. Обнинск: ИАТЭ, 2008. 40 с.
- Алексеев П.А., Кротов А.Д., Кухарчук О.Ф., Пышко А.П., Ярыгин В.И. Обзор программных комплексов и результатов расчетно-экспериментальных исследований и оптимизации характеристик систем с термоэмиссионным преобразованием энергии. Космическая техника и технологии, 2020, № 3 (30), с. 114–128. DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-3-114-128.
- Синявский В.В. Методы и средства экспериментальных исследований и реакторных испытаний термоэмиссионных сборок. М.: Энергоатомиздат, 2000. C. 150–190
- Using GNU Fortran. Доступно на: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gfortran.pdf (дата обращения 22.02.2026).
- Ружников В.А., Алексеев П.А. TFEDM22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022666305, 30 августа 2022.
- Алексеев П.А., Пышко А.П., Ружников В.А., Иванов А.С. Модифицированная версия программы для ЭВМ TFEMD22. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2025, вып. 1, с. 56–63.
- Алексеев П.А. Поиск оптимальной схемы расположения ЭГК в активной зоне термоэмиссионного реактора-преобразователя космического назначения. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2011, № 2, с. 51–60.
- Бронникова Л.Ф. Динамическое программирование в задачах оптимизации. Программирование, 2015, № 4, с. 45–52.
УДК 621.039.578:629.7
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2026, выпуск 2, с. 165–170
