Anlagenbeschreibung

Die Mehrzweck-Thermohydraulik-Versuchsanlage TOPFLOW wurde in den Jahren 2001 – 2002 vom Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf zur Untersuchung stationärer und transienter Zweiphasenströmungen bei praxisrelevanten Betriebsparametern errichtet. Ab 2003 werden in enger Zusammenarbeit mit dem nationalen Computational Fluid Dynamics (CFD) Verbund adiabate und nicht adiabate Experimente geplant und durchgeführt, deren Daten für die Modellentwicklung und –validierung von CFD Rechencodes (Thermofluiddynanik von Mehrphasenströmungen) erforderlich sind. Außer diesen generischen Aktivitäten wurden an der Anlage einige kern- und verfahrenstechnische Industrieprojekte bearbeitet, so zum Beispiel Thermoschock-Experimente im Rahmen eines internationalen Konsortialprojektes und Dampfkondensationsversuche in einem leicht geneigten Rohr.

An TOPFLOW sind Strömungsuntersuchungen sowohl in vertikalen Testsektionen als auch in horizontalen Geometrien möglich. Die Versuchsanlage besteht aus 3 Experimentaleinrichtungen, einem Dampferzeuger und den notwendigen Hilfs- und Versorgungssystemen.

TOPFLOW Anlagenschema

Das Schema zeigt die wesentlichen Systeme und Kreisläufe der Versuchsanlage. Hierzu zählen vor allem:

  • der TOPFLOW Drucktank, in dem Strömungen in dünnwandige Testsektionen mit Glasfenstern für visuelle Beobachtungen bei Drücken bis 5 MPa untersucht werden können, die sich im Druckgleichgewicht zur Tankatmosphäre befinden;
  • der Teststreckenkreislauf mit ca. 8 m langen vertikalen Rohren verschiedener Innendurchmesser, an denen ein Röntgentomograph bzw. Drahtgittersensoren zur Erfassung der Strömungsstruktur zum Einsatz kommen und
  • das Tomographielabor, in dem gegenwärtig ein horizontaler Dampfkondensationsversuchsstand oder alternativ eine Mikrofokus-Röntgenröhre betrieben wird.

Diese Anlagenteile werden durch einen elektrischen Dampferzeuger mit einer maximalen Anschlussleistung von 4 MW ergänzt. Er liefert bis zu 1,4 kg/s Sattdampf im Druckbereich von 1 bis 7 MPa sowie die für die Experimente erforderlichen Sattwasser-Massenströme. Zur Durchführung von adiabaten Luft/Wasser Messungen versorgt ein Druckluftregelsystem die Testsektionen mit trockener gefilterter Luft im Normvolumenstrombereich von 0.005 bis 900 m³/h. Die gesamte Anlage ist mit voll entsalztem Wasser gefüllt, um bei den hohen Betriebstemperaturen von bis zu 286 °C Korrosionsprozesse ohne die Zugabe von Chemikalien zu begrenzen. Nach den Experimenten werden die verbleibenden Dampf- und Wassermassenströme im Abblasetank gesammelt bzw. kondensiert. Die dabei frei werdende Energie wird mit Trockenkühltürmen an die Umgebung abgeführt.

Derzeit ist die TOPFLOW-Anlage mit den laufenden Projektarbeiten ausgelastet, steht aber ab 2017 für neue Aufgaben auch für externe Nutzer zur Verfügung.