= Digitalni dvojčki utrujenostnih poškodb zaradi induciranih tokov v slepih ceveh = = Digital twins of fatigue damage caused by induced flows in piping dead legs = ---- === Oznaka in naziv projekta === L7-70274 <
> Digital twins of fatigue damage caused by induced flows in piping dead legs <
> Digitalni dvojčki utrujenostnih poškodb zaradi induciranih tokov v slepih ceveh === Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev === {{https://www.ijs.si/ijsw/ARRSProjekti/SeznamARRSProjekti?action=AttachFile&do=get&target=ARISLogoSlo.jpg|© Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije|height="70"}} {{attachment:nek-logo.png||width=200}} <
> === Projektna skupina === * Vodja projekta: Martin Draksler === Sodelujoče raziskovalne organizacije: === [[https://r4.ijs.si/#elf_l1_Lw | Odsek za reaktorsko tehniko, Institut Jožef Stefan ]] === Sestava projektne skupine: === ##'''[[https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl|Povezava na SICRIS]]''' Martin Draksler, Iztok Tiselj, Leon Cizelj, Blaž Mikuž, Oriol Costa Garrido, Boštjan Končar, Zoran Petrič, Patrik Tarfila, Samir El Shawish, Amirhossein Lame Jouybari ##=== Vsebinski spremljevalec: === === Vsebinski opis projekta === Podaljšano obratovanje obstoječih jedrskih elektrarn je pomembno za razogljičenje elektroenergetike, vendar pa prinaša tudi številne izzive, povezane s staranjem komponent. Eden od njih je toplotno utrujanje cevovodov v slepih odsekih, ki so med običajnim obratovanjem izolirani z zaprtim ventilom: en konec je povezan z glavnim cevnim sistemom, drugi pa je izpostavljen toplotnim izgubam. Tok v glavnem sistemu lahko v slepem odseku povzroči induciran tok, toplotne izgube pa naravno konvekcijo. V določenih pogojih lahko njuno medsebojno delovanje povzroči temperaturna nihanja, ki obremenjujejo material cevi ter posledično vodijo do nastanka in rasti toplotnih utrujenostnih razpok, le-te pa se lahko sčasoma širijo skozi steno cevi in povzročijo puščanje. Praktični primeri tega pojava v jedrskih elektrarnah so bili zabeleženi leta 1998 (Civaux-1, Francija) in leta 2018 (Doel, Belgija), isti mehanizem pa bi bil lahko tudi vzrok puščanja v JE Krško leta 2023. {{attachment:slika_vrtincenje.png||width=450}} Slika 1: Prikaz vrtinčenja tekočine v cevi v dveh časovnih trenutkih (rezultat simulacije SBES) Glavni cilj projekta je zato razvoj zanesljivega digitalnega dvojčka za napovedovanje induciranih tokov v slepih odsekih cevi in predvsem njihove interakcije z naravno konvekcijo. Raziskava bo proučila dejavnike, ki vplivajo na razvoj obeh tokovnih pojavov in njuno medsebojno delovanje, ter pogoje, pri katerih lahko pride do temperaturnih nihanj, povezanih s toplotnim utrujanjem. Z računalniškimi simulacijami bodo analizirane tokovne in temperaturne razmere, njihovi rezultati pa bodo povezani z modeli strukturne in lomne mehanike za ocenjevanje toplotnega utrujanja in rasti razpok. Razviti digitalni dvojček bo preverjen in validiran z razpoložljivimi eksperimentalnimi podatki, vključno s temperaturnimi meritvami na novo nameščenem cevovodu varnostnega vbrizgavanja v JE Krško. Digitalni dvojček bo omogočil boljše napovedovanje problematičnih konfiguracij slepih odsekov ter s tem bolj proaktivno obravnavo komponent, pomembnih za varno in zanesljivo dolgoročno obratovanje jedrskih elektrarn. Rezultati projekta bodo prispevali k nadaljnjemu razvoju raziskav na področju jedrske termohidravlike, dinamike tekočin in prenosa toplote, razviti modeli in podatkovna zbirka računalniških rezultatov pa bodo uporabni za nadaljnje raziskave induciranih tokov v slepih odsekih cevi. === Faze projekta in njihov opis === Projekt je razdeljen na šest delovnih sklopov. Prvi trije so namenjeni modeliranju posameznih fizikalnih pojavov (induciranih vrtinčnih tokov, naravne konvekcije ter njune medsebojne interakcije), preostali trije pa so podporni in bodo zajemali razvoj in povezovanje modelov ter računalskih orodij, preverjanje in validacijo ter vodenje in diseminacijo projekta. '''Delovni sklop 1: Inducirani vrtinčni tokovi''' '''Cilj:''' Izboljšati razumevanje induciranih vrtinčnih tokov v slepih odsekih in vpliva geometrije T-spoja nanje. V tem sklopu bomo analizirali inducirane tokove, ki nastanejo v slepem odseku zaradi toka v glavnem cevnem sistemu. Z računalniškimi simulacijami bomo obravnavali celoten T-spoj z glavnim cevnim sistemom, nato pa preverili možnost njegove nadomestitve z ustreznimi robnimi pogoji, kar bi omogočilo učinkovitejše nadaljnje simulacije. Analizirali bomo vpliv oblike vstopne šobe in drugih sprememb geometrije T-spoja na intenzivnost induciranega toka ter različne geometrije T-spojev v sistemih varnostnega vbrizgavanja. '''Delovni sklop 2: Naravna konvekcija''' '''Cilj:''' Opredeliti vpliv orientacije in toplotnih izgub na naravno konvekcijo ter z njo povezane temperaturne razmere. V tem sklopu bomo proučili hkratni pojav induciranega toka v bližini odprtega dela in naravne konvekcije v bližini zaprtega dela slepega odseka. Posebna pozornost bo namenjena morebitnemu nihanju meje med obema tokovnima režimoma. Sistematično bomo preverili vpliv različnih modelov turbulence, toplotnih izgub, robnih pogojev, numeričnih shem in gostote računske mreže. S primerjavo z meritvami v JE Krško in sodelovanjem s tujimi raziskovalnimi skupinami bomo poskušali prepoznati okoliščine, pri katerih pride do oscilatorne interakcije obeh tokov. '''Delovni sklop 3: Interakcija induciranih tokov in naravne konvekcije''' '''Cilj:''' Ugotoviti, pod katerimi pogoji lahko medsebojno delovanje induciranega toka in naravne konvekcije povzroči nihanje meje med njima. V tem sklopu bomo proučili hkratni pojav induciranega toka v bližini odprtega dela in naravne konvekcije v bližini zaprtega dela slepega odseka. Posebna pozornost bo namenjena morebitnemu nihanju meje med obema tokovnima režimoma. Sistematično bomo preverili vpliv različnih modelov turbulence, toplotnih izgub, robnih pogojev, numeričnih shem in gostote računske mreže. S primerjavo z meritvami v JE Krško in sodelovanjem s tujimi raziskovalnimi skupinami bomo poskušali prepoznati okoliščine, pri katerih pride do oscilatorne interakcije obeh tokov. '''Delovni sklop 4: Modeli, orodja, računalniške simulacije in integracija''' '''Cilj:''' Izbrati in povezati ustrezne matematične modele ter računska orodja za razvoj integriranega digitalnega dvojčka. V tej fazi bomo testirali, primerjali, izbrali in umerili matematične modele in numerična orodja za obravnavo pojavov iz prvih treh delovnih sklopov. Za simulacije dinamike tekočin bomo uporabljali OpenFOAM, za strukturne in lomnomehanske analize pa Abaqus. Uporabljeni bodo predvsem modeli U-RANS, pri izbranih primerih pa tudi LES in hibridni modeli U-RANS–LES. Rezultati CFD-simulacij bodo uporabljeni kot vhodni podatki za strukturne in lomnomehanske analize, pri čemer bo pomemben del sklopa tudi zmanjšanje računske zahtevnosti simulacij. '''Delovni sklop 5: Preverjanje in validacija''' '''Cilj:''' Preveriti in validirati razvite modele z razpoložljivimi eksperimentalnimi in obratovalnimi podatki. V tem sklopu bomo razvite modele preverjali in validirali z razpoložljivimi meritvami in drugimi podatki. V sodelovanju z JE Krško bodo izvedene meritve temperature na zunanji površini cevovodov varnostnega vbrizgavanja, uporabljeni pa bodo tudi podatki o pomikih cevi. Pri preverjanju bodo upoštevani še razpoložljivi podatki iz JE Doel, relevantnih eksperimentov ter raziskovalnih partnerjev iz tujine. '''Delovni sklop 6: Vodenje projekta in diseminacija''' '''Cilj:''' Zagotoviti učinkovito izvajanje projekta ter širjenje njegovih rezultatov med raziskovalnimi in industrijskimi partnerji. V tem sklopu bo zagotovljeno usklajevanje dela med posameznimi delovnimi sklopi, pretok informacij, upravljanje tveganj ter sodelovanje z raziskovalnimi partnerji. Rezultati projekta bodo predstavljeni v znanstvenih revijah in na konferencah ter posredovani industrijskemu partnerju. Diseminacija bo potekala tudi širše, zlasti v jedrski industriji in sorodnih raziskovalnih področjih. === Časovnica === <
> . {{attachment:casovnica_novo.png||width=800}} <
> [[attachment:Obrazec_NRRP_L7-70274_Martin_Draksler.pdf| Načrt ravnanja s podatki]] === Dokumenti projekta === [[attachment:Predlog projekta 2025.pdf]] === Izbrane reference === [1] S. Manojlović, B. Krajnc, A. J. Billington, “Overview of the Root cause analysis of the Krško SI-53 piping leakage”, Proc. Int. Conf. Nuclear Energy for New Europe (NENE 2025), Bled, Slovenia, September 8-11, Nuclear Society of Slovenia, 2025. [2] B. Žužek, B. Šetina Batič, J. Burja, S. Manojlović, A. Parsi, C. Cmar, “Failure Analysis of SI-53 Line Crack in NEK Reactor Cooling System”, Proc. Int. Conf. Nuclear Energy for New Europe (NENE 2025), Bled, Slovenia, September 8-11, Nuclear Society of Slovenia, 2025. [3] I. Tiselj, M. Draksler, B. Mikuž, L. Cizelj, M. Halilović, S. Manojlović, B. Krajnc, “Analysis of Temperature and Displacement Measurements on Reactor Vessel Safety Injection Lines in NPP Krško”, Proc. Int. Conf. Nuclear Energy for New Europe (NENE 2025), Bled, Slovenia, September 8-11, Nuclear Society of Slovenia, 2025. [4] M. Draksler, I. Tiselj, B. Mikuž, J. Kren, L. Cizelj, D. Grgić, S. Šadek, P. Družijanić, “Supporting CFD thermal cycling and thermal stratification analyses in SI-53 line”, Proc. Int. Conf. Nuclear Energy for New Europe (NENE 2025), Bled, Slovenia, September 8- 11, Nuclear Society of Slovenia, 2025. [5] M. Halilovič, A. Maček, B. Starman, S. El Shawish, O. Costa, L. Cizelj, “Krško SI-53 Piping Leakage: Supporting Mechanical Analyses in SI-53 Line”, Proc. Int. Conf. Nuclear Energy for New Europe (NENE 2025), Bled, Slovenia, September 8-11, Nuclear Society of Slovenia, 2025. ---- [[https://www.ijs.si/ijsw/ARRSProjekti/2026|Nazaj na seznam za leto 2026]]