CFD-Modellierung von unterkühltem Sieden: Kopplung des Wandsiedemodells mit einem Populationsbilanz-modell und Vergleich mit DEBORA-Experimenten

Unterkühltes Sieden spielt auf Grund seines hohen Wärmeübertragungsvermögens in vielen industriellen Anwendungen zur Energieerzeugung eine große Rolle. Überschreitet der Wärmestrom einen kritischen Wert, so kann die rasch ansteigende Temperatur zu Zerstörungen führen. Der Nachweis der Wirkung von Auslegungsverbesserungen auf den in jedem Fall sicher zu vermeidenden kritischen Wärmestrom erfordert aufwendige Experimente. Der Ersatz oder zumindest die Unterstützung durch numerische Simulationen ist daher von hohem Interesse.
Der Vortrag gibt eine Einordnung der Rolle von Siedevorgängen in der Kerntechnik und beschreibt den aktuellen Stand der CFD-Modellierung. Sehr aussichtsreich ist die auf dem Euler/Euler-Verfahren beruhende Beschreibung der Mehrphasenströmung. Im Institut für Fluiddynamik gibt es langjährige Erfahrungen bei der Modellierung der Impuls- und Massenaustauschbeziehungen. Wichtig für die Modellierung dieser Schließungsmodelle ist die genaue Kenntnis der Phasengrenzfläche. Der Vortrag beschreibt hierfür die Anwendung des Populationsbilanzmodells, das die Simulation der Blasengrößenverteilung ermöglicht. Kürzlich wurde diese Ansatz mit dem Wandsiedemodell gekoppelt und in den CFD Code CFX implementiert. Das Potential dieses Ansatzes wird anhand des Vergleichs mit an der französischen Versuchsanlage DEBORA durchgeführten Siedeexperimenten gezeigt. Weiterer Entwicklungsbedarf wird aufgezeigt.
Die Arbeiten sind Teil eines großen Verbundprojektes, das vom BMBF unter dem Programm „Energie 2020+“ gefördert, durch HZDR koordiniert wird und in dem 8 weitere Partner (Universitäten, Forschungszentren, Industriepartner) mitarbeiten