Lieljaudas ūdensdzeses sistēmu dinamikas un drošuma izpēte

Promocijas darbs ir veltīts plūsmas izraisītu vibrāciju pētījumiem lieljaudas dzesēšanas sistēmās, kas sastāv no daudziem cietiem stieņiem, starp kuriem kā dzesēšanas šķidrums plūst ūdens vai smagais ūdens (deiterija oksīds). Mērķis ir noteikt divu sistēmas parametru – stieņa masas un tā iestiprināšanas stinguma – izmaiņu ietekmi uz dominējošām frekvencēm. Vienkāršības dēļ tiek analizēta modeļa sistēma, kas sastāv no viena elastīgi iestiprināta stieņa nekustīgu stieņu masīvā ar trīsstūrveida izkārtojumu. Kustīgajam stienim ir divas brīvības pakāpes. Abi tā gali var pārvietoties plūsmas virzienā un perpendikulāri tai. Ir veiktas vairākas laboratorijas eksperimentu sērijas, lai padziļināti izpētītu viena kustīgā stieņa masas, pozīcijas masīvā un iestiprināšanas stinguma ietekmi uz svārstību amplitūdu un frekvenci pie dažādiem plūsmas ātrumiem. Eksperimenti tika veikti sadarbībā ar Paula Šērera institūtu (Paul Scherrer Institute) Šveicē. Iegūto datu analīze parādīja, ka stieņa pašfrekvences un turbulences izraisīto frekvenču attiecība ir parametrs, kas ļauj konstatēt izmaiņas iepriekš minētajos ievades parametros netiešā veidā. Skaitliskās hidrodinamikas (Computational Fluid Dynamics, CFD) simulācijas tika veiktas, lai skaitliski pētītu elastīgi iestiprināta stieņa uzvedību šķērsplūsmā. Lai modelētu stieņa kustību, tas tika aprakstīts kā masas un atsperes sistēma. Papildus tam tika analizēts, kā samazināt skaitļošanas laiku un izmaksas. Pētītajiem Reinoldsa skaitļiem tika atrasts optimāls skaitļošanas domēna lielums. Simulācijas pie dažādiem plūsmas ātrumiem ļāva analītiski aprakstīt plūsmas lauka sadalījumu spraugā starp diviem blakus esošiem cilindriem, ieviešot ieejas ātruma robežnosacījumus CFD simulācijām. Elastīgi iestiprinātā stieņa masas un stinguma koeficientu ietekmi uz svārstību frekvencēm novērtēja, papildus lietojot moderno metamodelēšanas pieeju. Izmantojot datus no laboratorijas un skaitliskajiem eksperimentiem, tika radīti jauni otrās kārtas modeļi, kā arī septiņu locekļu ortonormāls Ležandra polinoma aproksimācijas modelis. Inversā analīze, kas tika izmantota eksperimentālajiem datiem, ļāva izstrādāt modeļus, kuros aprakstīta sakarība starp frekvenču attiecību, stingumu un masu. Izveidotie aproksimācijas modeļi ir piemērojami nenoteiktības mazināšanai, dzesēšanas sistēmu uzraudzībai vai to bojājumu agrīnai atklāšanai, kas saistīti ar stieņu masas samazināšanos vai tā iestiprināšanas stinguma izmaiņām sistēmas darbības laikā.