Experimente zu vertikalen Dampf-Wasser-Rohrströmungen mit ultraschneller Röntgentomographie

Gas-Flüssigkeits-Zweiphasenströmungen in Rohrleitungen sind für die Entwicklung und Validierung neuer zweiphasiger CFD-Modelle ein geeigneter generischer Untersuchungsgegenstand. Der Grad an strömungsmorphologischer Komplexität ist relativ hoch, was sich insbesondere in der Ausprägung charakteristischer Strömungsregime mit ihren jeweils spezifischen Impulstransferbeziehungen an der Phasengrenze in Abhängigkeit von Leerrohrgeschwindigkeiten und Stoffwerten äußert. An der TOPFLOW-Versuchsanlage des HZDR werden gegenwärtig umfangreiche experimentelle Studien zu Zweiphasenströmungen in senkrechten Testsektionen für Wasser/Luft- und Wasser/Dampf-Strömungen bis 65 bar Druck durchgeführt. Diese Experimente dienen vordergründig der Erhebung von Messdaten für die CFD-Codeentwicklung. Als Messverfahren kommt in aktuellen Versuchen an einer vertikalen DN50 Testsektion die ultraschnelle Röntgentomographie zum Einsatz. Diese ermöglicht es, den Strömungsquerschnitt mit Bildraten von 2500 Bildern/Sekunde und einer räumlichen Auflösung von etwa 1 mm in zwei jeweils 10 mm entfernten Ebenen abzubilden. Verschiedene Strömungsregime werden durch Wahl der Leerohrgeschwindigkeiten für die Gas- und die Flüssigphase am Versuchsstand eingestellt. Neben der Aufklärung des Strömungsregimes und der Erfassung interessanter Detailstrukturen der Strömung können radiale Gasgehaltsprofile ebenso wie Gasphasengeschwindigkeiten durch automatisierte Auswerteroutinen extrahiert werden. Im Beitrag werden Ergebnisse von Dampf-Wasser-Experimenten zu auf- und abwärtsgerichteten Gleichströmungen bei verschiedenen Druckstufen vorgestellt.
Diese Arbeit wird im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie unter der Projektnummer 150 1411 gefördert wird, durchgeführt.