Einfluss der Abstandhaltergeometrie auf Quervermischung und Wärmeübertragungsverhalten

Abstandhalter dienen der Fixierung der Position des Brennstabes. Darüber hinaus  beeinflussen sie die Strömung des Kühlmittels. Im Störfall kann es vorkommen, dass Siedevorgänge bei der Wärmeabfuhr von der Brennelementoberfläche ein stärkeres Gewicht bekommen. Durch geeignete Konstruktion der Abstandhalter kann die Turbulenz im Kanal angefacht und das Wärmeübertragungsverhalten an der Brennelementoberfläche beeinflusst werden. Für das Setup wurden 4 Kanäle unter Anwendung periodischer Randbedingungen in lateraler Richtung simuliert (s. Bild 1a). Axial wurde der Bereich zwischen zwei Abstandhaltern dargestellt. Das Problem wurde mit etwa 3,8 Mio Noden vernetzt.

Von speziellem Interesse ist in diesem Zusammenhang die Verzögerung des Eintritts der Bedingungen für kritischen Wärmestrom. Eine weitere Einflussgröße ist der Queraustausch der Strömung zwischen den Unterkanälen. Dadurch können Ungleichmäßigkeiten in der Energiefreisetzung des Reaktorkerns in gewissem Maße ausgeglichen werden.

Bild 2a zeigt das Geschwindigkeitsfeld sowie 2b die Wirbelstärke zur Charakterisierung der Strömung. Der berechnete Differenzdruck in der Größenordnung  von Messwerten ist ein Indiz für die Korrektheit der Simulation. Der berechnete Queraustausch lässt sich mit Korrelationen vergleichen. Die Simulationen zeigen die Fähigkeiten aktueller CFD zur Auslegung der Abstandhaltergeometrie.