nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2026-2-167-175nuc-1034Research ArticleСтатьиМОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРА УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА ПОСЛЕ ОБРАЗОВАНИЯ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА.MODELING OF THE THERMAL STATE OF THE CRYSTALLIZER OF AN ELECTROSLAG REMELTING UNIT AFTER THE FORMATION OF THE METAL MELThttps://orcid.org/0000-0003-3541-2569ҚабдылқақовЕ. А.KabdylkakovE. A.

Ержан Асқарүлы Қабдылқақов – магистр физики

Курчатов

Kurchatov

kabdylkakov@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0001-5250-2852СураевА. С.SuraevA. S.

Артур Сергеевич Сураев 

Курчатов

Kurchatov

suraev@nnc.kzhttps://orcid.org/0009-0003-9109-7767ДолжиковС. А.DolzhikovS. A.

Сергей Александрович Должиков 

Курчатов

Kurchatov

Dolzhikov@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0002-6672-180XМухамедовН. Е.MukhamedovN. E.

Нуржан Еролович Мухамедов 

Курчатов

Kurchatov

mukhamedov@nnc.kzПахницА. В.PakhnitsA. V.

Александр Владимировчи Пахниц 

Курчатов

Kurchatov

pav@nnc.kzКүздеубайА. А.KuzdeubayA. A.

Айша Ардаққызы Күздеубай 

Курчатов

 

Kurchatov

kuzdeubay@nnc.kzЖеңісД. Т.ZhenisD. T.

Дана Тоқтасынқызы Жеңіс 

Курчатов

Kurchatov

zhengis@nnc.kzФилиал «Институт атомной энергии» РГП НЯЦ РККазахстанInstitute of Atomic Energy Branch of the RSE “National Nuclear Center of the Republic of KazakhstanKazakhstan20260908202602167175Copyright © Қабдылқақов Е.А., Сураев А.С., Должиков С.А., Мухамедов Н.Е., Пахниц А.В., Күздеубай А.А., Жеңіс Д.Т., 20262026Қабдылқақов Е.А., Сураев А.С., Должиков С.А., Мухамедов Н.Е., Пахниц А.В., Күздеубай А.А., Жеңіс Д.Т.Kabdylkakov E.A., Suraev A.S., Dolzhikov S.A., Mukhamedov N.E., Pakhnits A.V., Kuzdeubay A.A., Zhenis D.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/1034

Переработка и очистка металлических радиоактивных отходов является одной из актуальных задач использования ядерной энергетики. Одним из методов переработки и очистки металлических отходов является метод электрошлакового переплава. В данной работе обсуждается моделирование теплофизического состояния кристаллизатора установки электрошлакового переплава с использованием программы ANSYS FLUENT. Проведено построение геометрической и расчетной модели, выполнен расчет теплофизического состояния кристаллизатора в условиях проведенных ранее пусков. Результаты расчета демонстрирует тепловое состояние кристаллизатора в условиях остывания образовавшегося в нем металлического расплава. Результаты расчетов демонстрируют физическую состоятельность принятых граничных условий и параметров теплообмена.

The processing and decontamination of metallic radioactive waste is one of the pressing challenges associated with the utilization of nuclear energy. One of the methods used for the treatment and purification of metallic waste is electroslag remelting. This paper discusses the modeling of the thermophysical state of the crystallizer in an electroslag remelting facility using the ANSYS FLUENT software package. A geometric model and a computational model were developed, and calculations of the crystallizer thermophysical behavior were performed under conditions corresponding to previously conducted experimental runs. The simulation results illustrate the thermal behavior of the crystallizer during the cooling of the metallic melt formed within it. The obtained results confirm the physical consistency of the adopted boundary conditions and heat transfer parameters.

твердые радиоактивные отходыэлектрошлаковый переплавтепловое состояниемоделированиеANSYS FLUENTкристаллизаторsolid radioactive wasteelectroslag remelting (ESR)thermal statenumerical simulationANSYS FLUENTcrystallizerРабота проведена в рамках проекта программно-целевого финансирования BR24993118 «НИР по обоснованию выбора и реализации технологии переработки твердых радиоактивных отходов».ReferencesАмано Ю. и др. Что такое радиоактивные отходы? // IAEA Bulletin. – 2014. – Vol. 55, № 3. – С. 3–4.Амано Ю. и др. Что такое радиоактивные отходы? // IAEA Bulletin. – 2014. – Vol. 55, № 3. – С. 3–4.Барретто П., Уэбб Д., Мрабит Х. Радиационная безопасность и безопасность отходов: укрепление национального потенциала // IAEA Bulletin. – 1997. – №1. – С. 29.Барретто П., Уэбб Д., Мрабит Х. Радиационная безопасность и безопасность отходов: укрепление национального потенциала // IAEA Bulletin. – 1997. – №1. – С. 29.Mukhamedov N. et al. Decommissioning of the BN-350 Fast Neutron Reactor: History Review and Current Status // Energies. – 2025. – Vol. 18, No. 13. – Art. 3486.Mukhamedov N. et al. Decommissioning of the BN-350 Fast Neutron Reactor: History Review and Current Status // Energies. – 2025. – Vol. 18, No. 13. – Art. 3486.Mukhamedov N. et al. The BN-350 Reactor Decommissioning: Quantitative Analysis and Prospects for Solid Radioactive Waste Management // Energies. – 2025. – Vol. 18, No. 17. – Art. 4651.Mukhamedov N. et al. The BN-350 Reactor Decommissioning: Quantitative Analysis and Prospects for Solid Radioactive Waste Management // Energies. – 2025. – Vol. 18, No. 17. – Art. 4651.Walek J., Odehnalová A., Kocich R. Analysis of Thermophysical Properties of Electro Slag Remelting and Evaluation of Metallographic Cleanliness of Steel // Materials. – 2024. – Vol. 17, No. 18. – Art. 4613.Walek J., Odehnalová A., Kocich R. Analysis of Thermophysical Properties of Electro Slag Remelting and Evaluation of Metallographic Cleanliness of Steel // Materials. – 2024. – Vol. 17, No. 18. – Art. 4613.Liu X. et al. Numerical Investigation on the Electroslag Remelting of High Carbon Martensitic Stainless Steels // Metals. – 2023. – Vol. 13, No. 3. – Art. 482.Liu X. et al. Numerical Investigation on the Electroslag Remelting of High Carbon Martensitic Stainless Steels // Metals. – 2023. – Vol. 13, No. 3. – Art. 482.Қабдылқақов Е.А. и др. Моделирование омического нагрева электрода установки электрошлакового переплава в программном пакете ANSYS // Вестник НЯЦ РК. – 2025. – № 3. – С. 147–155.Қабдылқақов Е.А. и др. Моделирование омического нагрева электрода установки электрошлакового переплава в программном пакете ANSYS // Вестник НЯЦ РК. – 2025. – № 3. – С. 147–155.Вурим А. Д., Алейников Ю. В., Жданов В. С. и др. Очистка стали от радиоактивного загрязнения методом электрошлакового переплава // Вестник НЯЦ РК. – 2002. – № 1. – С. 34–39.Вурим А. Д., Алейников Ю. В., Жданов В. С. и др. Очистка стали от радиоактивного загрязнения методом электрошлакового переплава // Вестник НЯЦ РК. – 2002. – № 1. – С. 34–39.Паспорт технического устройства «Лабораторная электрошлаковая печь» / Предприятия «Сварка». – Курган, 2001.Паспорт технического устройства «Лабораторная электрошлаковая печь» / Предприятия «Сварка». – Курган, 2001.Должиков С. А., Мухамедов Н.Е., Пахниц А. В., Попов Ю. А. Применение электрошлакового переплава для очистки радиоактивно загрязненного металла // Семипалатинский испытательный полигон: наследие и перспективы развития научно-технического потенциала: материалы X Междунар. конф. – Курчатов, Республика Казахстан, 12–14 сентября 2023 г.Должиков С. А., Мухамедов Н.Е., Пахниц А. В., Попов Ю. А. Применение электрошлакового переплава для очистки радиоактивно загрязненного металла // Семипалатинский испытательный полигон: наследие и перспективы развития научно-технического потенциала: материалы X Междунар. конф. – Курчатов, Республика Казахстан, 12–14 сентября 2023 г.Obiso D. et al. CFD Modeling of the Melting Behavior of a Fayalitic Slag // JOM. – 2022. – Vol. 74, No. 4. – P. 1533– 1542.Obiso D. et al. CFD Modeling of the Melting Behavior of a Fayalitic Slag // JOM. – 2022. – Vol. 74, No. 4. – P. 1533– 1542.ANSYS Academic Research Mechanical and CFD. Release 2021 R1 [Электронный ресурс]. – Canonsburg, PA: ANSYS, Inc., 2021.ANSYS Academic Research Mechanical and CFD. Release 2021 R1 [Электронный ресурс]. – Canonsburg, PA: ANSYS, Inc., 2021.Yadav A. S. et al. CFD Analysis of Heat Transfer Performance of Ribbed Solar Air Heater // Materials Today: Proceedings. – 2022.Yadav A. S. et al. CFD Analysis of Heat Transfer Performance of Ribbed Solar Air Heater // Materials Today: Proceedings. – 2022.Gibreel M., Zhang X., Elmouazen H. Numerical Study on Enhanced Heat Transfer and Flow Characteristics of Supercritical Hydrogen Rocket Engine’s Chamber Wall Using Cylindrical Ribs Structure // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Vol. 47, No. 39. – P. 17423–17441.Gibreel M., Zhang X., Elmouazen H. Numerical Study on Enhanced Heat Transfer and Flow Characteristics of Supercritical Hydrogen Rocket Engine’s Chamber Wall Using Cylindrical Ribs Structure // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Vol. 47, No. 39. – P. 17423–17441.Huang J. et al. Heat Transfer Analysis of Heat Pipe Cooled Device with Thermoelectric Generator for Nuclear Power Application // Nuclear Engineering and Design. – 2022. – Vol. 390. – Art. 111652.Huang J. et al. Heat Transfer Analysis of Heat Pipe Cooled Device with Thermoelectric Generator for Nuclear Power Application // Nuclear Engineering and Design. – 2022. – Vol. 390. – Art. 111652.Choudhary T. et al. Computational Analysis of a Heat Transfer Characteristic of a Wavy and Corrugated Channel // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 56. – P. 263–273.Choudhary T. et al. Computational Analysis of a Heat Transfer Characteristic of a Wavy and Corrugated Channel // Materials Today: Proceedings. – 2022. – Vol. 56. – P. 263–273.Lee J. et al. Vehicle Aerodynamic Drag for Tire Shape Parameters Using Numerical Analysis // International Journal of Automotive Technology. – 2022. – Vol. 23, No. 2. – P. 335–344.Lee J. et al. Vehicle Aerodynamic Drag for Tire Shape Parameters Using Numerical Analysis // International Journal of Automotive Technology. – 2022. – Vol. 23, No. 2. – P. 335–344.Basit A., Hidayatuloh R.S., Royana M. Aerodynamic Analysis and Car Body Optimalization of Saving Energy “WARAK” Using Software ANSYS FLUENT R15.0 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 788, No. 1. – Art. 012073.Basit A., Hidayatuloh R.S., Royana M. Aerodynamic Analysis and Car Body Optimalization of Saving Energy “WARAK” Using Software ANSYS FLUENT R15.0 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 788, No. 1. – Art. 012073.Sakipova S. E., Tanasheva N. K. Modeling Aerodynamics of the Wind Turbine with Rotating Cylinders // Eurasian Physical Technical Journal. – 2021. – Vol. 16, No. 1(31). – P. 88–93.Sakipova S. E., Tanasheva N. K. Modeling Aerodynamics of the Wind Turbine with Rotating Cylinders // Eurasian Physical Technical Journal. – 2021. – Vol. 16, No. 1(31). – P. 88–93.International Atomic Energy Agency. Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: A Tutorial and Collection of Data. – Vienna: IAEA, 2008.International Atomic Energy Agency. Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: A Tutorial and Collection of Data. – Vienna: IAEA, 2008.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.