Kondensierende Rohrströmung

Vielversprechende Ergebnisse für adiabatische Strömungen ermutigen, das HZDR-Baseline-Modell(1) auf andere Bedingungen zu erweitern, z. B. mit Phasenübergang(2), chemischer Reaktion(3) sowie anderen Materialanlagen als Luft-Wasser, z. B. Argon-GaInSn(4). In der vorliegenden Arbeit wird es angewendet, um kondensierende Dampf-Wasser-Strömungen in einem großen vertikalen Rohr zu simulieren.

Abbildung 1 zeigt die simulierte Dampfverteilung während ihrer Kondensation in unterkühltem Wasser unter unterschiedlichem Druck p, Einlassunterkühlungsgrad ΔT sowie Öffnungsgröße rorifice.

Gesättigter Dampf kondensiert in unterkühltem Wasser
Abbildung 1: Gesättigter Dampf kondensiert in unterkühltem Wasser (a) p=10bar, ΔT=3.9K, rorifice=1mm; (b) p=10bar, ΔT=5.0K, rorifice=1mm; (c) p=20bar, ΔT=3.7K, rorifice=1mm; (d) p=20bar, ΔT=6.0K, rorifice=1mm; (e) p=20bar, ΔT=6.0K, rorifice=4mm; (f) p=40bar, ΔT=5.0K, rorifice=1mm

Die Modellierung des Zwischenphasen-Wärmeübergangskoeffizienten ist ein weiteres aktives Forschungsthema. Abbildung 2 zeigt die Entwicklung des Dampfvolumenanteils entlang des Rohres, die unter Verwendung der Tomiyama- und der Ranz-Marshall-Korrelationen ermittelt wurde.

Wirkung von Zwischenphasen-Wärmeübertragungskorrelationen auf die Evolution des Dampfvolumenanteils entlang des Rohres
Abbildung 2: Wirkung von Zwischenphasen-Wärmeübertragungskorrelationen auf die Evolution des Dampfvolumenanteils entlang des Rohres, Symbol: Experiment, rote Linie: Tomiyama-Korrelation, grüne Linie: Ranz-Marshall-Korrelation, (a) p = 10bar, ΔT = 3,9K, rorifice= 1mm; (B) p = 10bar, ΔT = 5,0K, rorifice= 1mm; (C) p = 20bar, ΔT = 6.0K, rorifice= 1mm

Der polydisperse iMUSIG-Ansatz(5) wird verwendet, um die Veränderung des Sauter-Mitteldurchmessers von Dampfblasen bei der Kondensation zu erfassen.

Evolution von Sauter-Mitteldurchmesser entlang des Rohres
Abbildung 3: Evolution von Sauter-Mitteldurchmesser entlang des Rohres, Symbol: Experiment, rote Linie: Berechnung, (a) p = 10bar, ΔT = 3,9K, rorifice= 1mm; (B) p = 10bar, ΔT = 5,0K, rorifice= 1mm; (C) p = 20bar, ΔT = 6.0K, rorifice= 1mm

Ausgewählte Publikationen

  • Liao, Y., Lucas, D.
    Poly-disperse simulation of condensing steam-water flow inside a large vertical pipe.
    International Journal of Thermal Sciences, 104, 194-207
  • Liao, Y., et al.
    Application of new closure models for bubble coalescence and breakup to steam-water vertical pipe flow.
    Nucl. Eng. Des., 279, 126-136
  • Liao, Y. et al.
    Interfacial heat transfer models for flashing flows: a review.
    13th international conference Multiphase Flow in Industrial Plant, Sept.17-19, Genova, Italy
  • Liao, Y., et al.
    New coalescence and breakup kernels for air-water and steam-water pipe flows.
    5th Population Balance Modeling Conference (PBM2013), Bangalore, Indian, Sept. 11-13
  • Lucas, D.; Frank, T.; Lifante, C.; Zwart, P.; Burns, A.
    Extension of the inhomogeneous MUSIG model for bubble condensation.
    Nucl. Eng. Des., 24, 4359-4367
  • Krepper, E.; Beyer, M.; Lucas, D.; Schmidtke, M.
    A population balance approach considering heat and mass transfer e experiments and CFD simulations.
    Nucl. Eng. Des., 241, 2889-2897
  • Lucas, D.; Prasser, H.-M.
    Steam bubble condensation in sub-cooled water in case of co-current vertical pipe flow.
    Nucl. Eng. Des., 237, 497-508

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Lei­ter Computational Fluid Dynamics
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