Цифровой двойник теплогидравлического стенда МИФИ

 

Прототип виртуального аналога

Стенд имеет два контура движения теплоносителя: основной (первый) контур циркуляции для проведения исследования гидродинамики и теплоотдачи к жидкости; вспомогательный (второй) контур, предназначенный для отвода тепла от основного контура циркуляции. Общий объем дистиллированной воды в двух контурах с учетом расширительного и питательного баков – 800 литров, давление в верхней точке контура – атмосферное.

 

Первый контур циркуляции оснащен прозрачным кварцевым рабочим объемом, в котором располагаются сменные рабочие участки. Каждый рабочий участок представляет собой пучок твэлов с различным диаметром, типом и шагом решетки. Разогрев твэлов происходит за счет джоулева тепловыделения при пропускании по ним переменного электрического тока и позволяет независимо на каждом из них менять плотность теплового потока от нулевого значения до 5·105 Вт/м2 до наступления режима пузырькового кипения. Движение теплоносителя в первом контуре может происходить как в условиях естественной циркуляции, так и при вынужденном движении (Re ≤ 5⋅104) теплоносителя. Для обеспечения необходимой для возникновения естественной циркуляции разности плотностей теплоносителя в подъемном и опускном участках предусмотрен подвод и отвод тепла от теплоносителя первого контура.

Измерение параметров теплоносителя проводится при помощи термодатчиков, манометров и расходомеров, схема расположения которых представлена на рис. 2. Измерение расхода проводится с помощью накладных ультразвуковых расходомеров, расположенных на нижнем горизонтальном (G1) и вертикальных опускных (G2 и G3) участках контура. Контроль давления проводится в низшей (P1) и высшей (P4) точках первого контура, перепад давления в рабочем объеме измеряется при помощи двух прецизионных деформационных манометров (P2 и P3). Измерение температуры потока жидкости осуществляется при помощи резистивных платиновых термодатчиков, встроенных во все угловые элементы конструкции (T1, T3, T4 и T6), тройники (T2 и T5), а также расположенных в питательном (T7) и расширительном (T8) баках. Дополнительно проводится контроль температуры накладных нагревателей, теплоизоляции на нагревательных участках, а также окружающей среды. Все контрольно-измерительные приборы оборудованы аналоговыми электронными выводами. Показания приборов поступают в автоматизированную систему контроля и мониторинга.

Подробную информацию о теплогидравлическом стенде можно найти тут.

 

Теплогидравлический стенд в виртуальной реальности

Создание виртуального аналога теплогидравлического стенда ведется в среде Unreal Engine 4, позволяющей визуализировать с помощью инструментов виртуальной реальности как сам стенд, так и протекающие в нем процессы. Основной способ визуализации текущих физических процессов – градиентное окрашивание текстур. Цветовой карте ставятся в соответствие мгновенные значения температур, скорость жидкости или давление. Состояние запорной арматуры отображается с помощью цвета вентилей, а численные значения основных измеряемых параметров отображаются на виртуальном мониторе на стене комнаты. 

 

Подобного рода виртуальные аналоги активно используются в крупных корпорациях для обучения персонала. Предполагается возможность создания виртуальной учебной лабораторной работы для обеспечения учебного процесса.

 

Планируемый функционал

В настоящий момент ведется работа над следующим функционалом:

• Обмен данными между экспериментальной установкой и цифровым двойником в режиме реального времени;
• Возможность управления цифровым двойником из виртуальной реальности;
• Создание цифрового двойника в дополненной реальности.