Druckabfall an verstopften Ansaugsieben, Stand der Modellierung

Der Kühlmittelverluststörfall im Primärkühlkreislauf eines Kernreaktors lässt sich in eine Früh- und eine Spätphase unterteilen. In der Frühphase wird Isoliermaterial in der Umgebung des Lecks durch das unter hohem Druck ausströmende Kühlmedium ausgetragen und gelangt weiter in den Containmentsumpf. Dort befinden sich die Ansaugkammern der Umwälzpumpen des Notkühlkreislaufs. Gitterroste oder Lochbleche am Ende der Ansaugkammern dienen als Rückhaltevorrichtungen, an denen Feststoffe vom Kühlmedium abgetrennt und am Weitertransport über die Pumpen zurück in den Reaktorkern gehindert werden sollen. An diesen Rückhaltevorrichtungen bilden sich Packungen des Feststoffs, die unter dem Einfluss des Strömungswiderstandes kompaktiert werden und den Druckverlust erhöhen. In der Spätphase, wenn die Bildung der Feststoffpackungen bereits abgeschlossen ist, bilden sich durch den Kontakt des Kühlmediums mit metallischen und nichtmetallischen Oberflächen des Containments sowie seiner Einbauten Partikelsuspensionen, die in die Feststoffpackungen an den Rückhaltevorrichtungen eindringen und über längere Zeiträume zu einem weiteren Anstieg des Druckverlusts führen. Die Feststoffpackungen wirken in der Spätphase demnach als Tiefenfiltrationsmedium. Im Vortrag werden die Fortschritte bei der Modellierung des Druckabfalls an der Rückhaltevorrichtung in beiden Phasen des Störfalls berichtet. Es wird die Implementierung eines Siebmodells und dessen Einbettung in den Strömungssimulationscode ANSYS-CFX dargestellt. Transiente Testrechnungen zeigen die Anwendbarkeit des Siebmodells zur der Simulation des Druckaufbaus an ungleichmäßig beladenen Rückhaltevorrichtungen. Die Implementierung eines Tiefenfiltrationsmodells wird vorgestellt, mit dessen Hilfe der Differenzdruckanstieg in der Spätphase durch Eintrag von Partikelsuspensionen berechnet werden kann. Des Weiteren wird die Vorgehensweise bei der experimentellen Parameterbestimmung der verwendeten empirischen Modellgleichungen erläutert.