Математическое моделирование физических процессов

Июль 2025

Математическое моделирование физических процессов

В честь скорого завершения летнего сезона защит дипломов мы решили поделиться примерами тем выпускных квалификационных работ наших студентов.

Современные подходы к обоснованию безопасности проектируемой АЭС обязывают разработчиков промоделировать не только параметры штатной работы ядерного реактора и вспомогательных систем, но и тщательно изучить возможные сценарии развития любой, даже самой маловероятной, аварийной ситуации. При этом энергетический ядерный реактор является конструктивно сложным изделием, в котором одновременно происходят разные физические процессы: цепная ядерная реакция и возникновение нейтронных полей, изменение структуры ядерного топлива в результате распада урана, воздействие излучений на конструкционные материалы, процессы переноса тепла от топлива к теплоносителю по различным физическим механизмам, гидродинамические процессы в жидкости, коррозия и прочие химические взаимодействия, температурные деформации конструкций и так далее. И это перечисление процессов только внутри активной зоны реактора и только в штатных режимах работы АЭС.  Понятное дело, что быстро и с приемлемой точностью решить такой объем уравнений, описывающих всю вышеперечисленную физику, с калькулятором на бумажке довольно затруднительно. 

Для решения таких задач создаются специализированные программные средства, позволяющие с помощью компьютерных и суперкомпьютерных вычислений, моделировать те или иные ситуации и физические процессы. Такие программные комплексы требуют оптимизации под конкретный сценарий (должны быть правильно описаны все возможные физические процессы), должны иметь приемлемую производительность (чтобы расчет 1 секунды реального времени процесса не требовал десятков тысяч часов компьютерного времени), а результаты физических расчетов должны быть проверены на экспериментах (чтобы этим результатам можно было доверять). В атомной отрасли используются сотни различных программ для описания различных типов реакторов и физических процессов в них, над их созданием работают десятки тысяч человек – многие из которых выпускники МИФИ. В целом сегодня только в нашей стране рынок инженерного программного обеспечения составляет десятки миллиардов рублей, в мире – на порядки больше. Поэтому с каждым годом все больше дипломных работ наших студентов посвящено исследованию физических процессов с помощью программных комплексов математического моделирования.

Мы активно стараемся внедрять в учебный процесс работу с новыми комплексами, успехи наших студентов и сотрудников все чаще отмечаются профессиональным сообществом. В конце прошлого года мы анонсировали новый этап внедрения в курсы работу с инженерным ПО, который уже вылился в специализированную программу магистратуры.

Для визуализации широты вопроса мы решили показать примеры тем выпускных квалификационных работ этого года, выполненных с использованием комплексов математического моделирования, только по одному из научных направлений ИЯФиТ – теплогидравлике ядерных реакторов.

Математическое моделирование теплофизики реакторов

Какими программами пользуются студенты ИЯФиТ:

65 дипломных работ защити студенты кафедры теплофизики в 2025 году

Бакалавриат:
Математическое моделирование - 7
Экспериментальные исследования - 4
Конструирование установок и разработка ПО - 2
Аналитические исследования - 2

Специалитет:
Математическое моделирование - 9
Экспериментальные исследования - 1
Конструирование установок и разработка ПО - 1
Аналитические исследования - 1

Магистратура:
Математическое моделирование - 23
Экспериментальные исследования - 5
Конструирование установок и разработка ПО - 6
Аналитические исследования - 4

ЛОГОС, STAR-CCM+

Программные комплексы мультифизического моделирования, включая вычислительную гидродинамику (CFD)

Примеры дипломных работ 2025:
"Тестирование CFD кодов для решения задачи по всплытию пузыря газа в жидкости", Андрощук Анастасия, выпускник бакалавриата по программе "Ядерные реакторы и энергетические установки"
"Тестирование ПП "ЛОГОС" применительно к моделированию теплогидравлических процессов в ЯЭУ", Гладышев Дмитрий, выпускник специалитет "Проектирование и эксплуатация атомных станций"
"Study of cooling of uranium oxide target in the experimental channel irradiated by neutron flux from VVR-Ts research reactor for molybdenum-99 production", Ндой Фаллу, выпускник магистратуры по программе "Nuclear Power Engineering"

ANSYS 

Программный комплекс мультифизического моделирования, включая вычислительную гидродинамику (CFD)

Примеры дипломных работ 2025:
"Интенсификация теплообмена с поверхности горизонтальных тепловыделяющих элементов за счет наведенной конвекции", Кудрявцев Владислав, выпускник магистратуры по программе "Перспективные ядерные реакторы и энергетические установки"
"Сейсмический расчет с учетом колебаний свободной поверхности жидкости при обосновании остаточного ресурса деаэратора АЭС", Вельмисер Прохор, выпускник магистратуры по программе "Перспективные ядерные реакторы и энергетические установки"
"Расчет теплообмена через мембрану устройства локализации расплава в проекте ВВЭР-1200/ТОИ", Лапшин Денис, выпускник магистратуры по программе "Перспективные ядерные реакторы и энергетические установки"

COMSOL Multiphysics 

Программный комплекс мультифизического моделирования, включая вычислительную гидродинамику (CFD)

Примеры дипломных работ 2025:
"Теплофизическое обоснование выбора концепции глубинного захоронения радиоактивных отходов в Нижнеканском массиве", Бикбаев Адель, выпускник магистратуры по программе "Физика и экономика ядерных энергетических технологий"
"Моделирование процесса сепарации пара из потока теплоносителя", Левочкин Владимир, выпускник магистратуры по программе "Физика и экономика ядерных энергетических технологий"
"Вычисление температурного профиля плоской мембраны из V-4Ti-4Cr при проведении экспериментов по определению транспортных параметров водорода", Батрак Никита, выпускник магистратуры по программе "Физика и экономика ядерных энергетических технологий"

КОРСАР

Программный комплекс для поканального (ячейкового) моделирования теплогидравлических процессов в ядерных реакторах и экспериментальных установках

Примеры дипломных работ 2025:
"Моделирование и верификация модели гидравлического стенда в расчетном кода КОРСАР", Мурашов Александр, выпускник магистратуры по программе "Физика и экономика ядерных энергетических технологий"
"Расчетное исследование изменения температуры обогреваемой стенки в контуре с теплоносителем сверхкритических параметров", Антонова Яна, выпускник магистратуры по программе "Перспективные ядерные реакторы и энергетические установки"

SC INT, PRISET, ЕНИСЕЙ, ТРЕТОН

SC INT - код для поканального (ячейкового) моделирования течения теплоносителя в активной зоне реакторов типа ВВЭР
PRISET - одномерный связанный нейтронно-физический и теплогидравлический код в среде SimInTech для моделирования ядерных установок
ЕНИСЕЙ - расчетный код для моделирования теплогидравлических процессов в составе "Виртуально-цифровой АЭС с ВВЭР"
ТРЕТОН - программный комплекс для моделирования нестационарных трехмерных тепловых и гидродинамических процессов в активных зонах ядерных реакторов

Примеры дипломных работ 2025:
"Моделирование гидродинамики и теплообмена в активной зоне реактора типа APR+", Саргсян Армен, выпускник магистратуры по программе "Современные технологии легководных ядерных реакторов"
"Анализ переходных режимов нормальной эксплуатации в реакторной установке с исследовательским жидкосолевым реактором (ИЖСР)", Кибартайте Дарья, выпускник специалитета "Проектирование и эксплуатация атомных станций"
"Валидация быстродействующего объектно-ориентированного теплогидравлического расчетного модуля на примере экспериментов Зейтуна и Лабунцова", Сальников Илья, выпускник специалитета "Проектирование и эксплуатация атомных станций"
"Исследования влияния необогреваемых поверхностей на величину критического теплового потока в ТВС водоохлаждаемых ядерных реакторов", ОВсянников Даниил, выпускник магистратуры по программе "Перспективные ядерные реакторы и энергетические установки"
"Моделирование трехмерных тепловых и гидродинамических процессов и аварийных ситуаций в активной зоне реактора БН-800 с бесчехловыми сборками на МОКС-топливе в программном комплексе "ТРЕТОН", Сухих Андрей, выпускник бакалавриата по программе "Ядерные реакторы и энергетические установки"

HYDRA-IBRAE, CONV-3D, ЕВКЛИД

HYDRA-IBRAE - коды для моделирования теплогидравлических процессов, протекающих в контурах и теплообменном оборудовании реакторных установок
CONV-3D - код для расчета параметров ламинарных и турбулентных установившихся и нестационарных течений теплоносителя
ЕВКЛИД - комплекс для мультифизического моделирования реакторных установок на быстрых нейтронах с жидкометаллическими теплоносителями

Примеры дипломных работ 2025:
"Верификация и валидация модуля разрешения активной зоны в составе кода TITAN-2.0", Абудалипов Эмиль, выпускник магистратуры по программе "Перспективные ядерные реакторы и энергетические установки"
"Расчетное моделирование экспериментов на интегральном стенде кодом нового поколения HYDRA-EBRAE", Цитронова Екатерина, выпускник специалитета "Проектирование и эксплуатация атомных станций"

Изучить темы дипломов по другим научным направлениям можно в соответствующем приложении к каталогу образовательных программ ИЯФиТ.

Обсудить материал в социальных сетях