Untersuchung disperser Zweiphasenströmungen in komplexen Geometrien – Methodenentwicklung und Experimente

Das Gesamtziel des Vorhabens war die Verbesserung der methodischen experimentellen Basis für die Weiterentwicklung von CFD-Codes zur Berechnung dreidimensionaler zweiphasiger Strömungsvorgänge, wie sie im Kühlkreislauf von Kernkraftwerken auftreten. Es ordnet sich damit in das strategische Ziel der Reaktorsicherheitsforschung ein, wobei die nachhaltige Verbesserung der experimentellen Basis zur Validierung von CFD-Modellen für die Berechnung sicherheitsrelevanter Strömungsvorgänge in Kernkraftwerken im Fokus stand. Die erzielten Ergebnisse der experimentellen Studien liefern zudem wertvolle Grundlagenkenntnisse zu Zweiphasenströmungen sowie Validierungsdaten für zukünftige Weiterentwicklungen von CFD-Codes.
Wesentliche Bestandteile aktueller CFD-Code-Weiterentwicklung, speziell für den Reaktorkreislauf, sind die Turbulenzmodellierung und Zweiphasenströmungen. Hierfür werden räumlich und zeitlich hochaufgelöste experimentelle Validierungsdaten benötigt. In diesem Vorhaben wurden dafür zwei moderne Messverfahren für die Charakterisierung von zweiphasigen Strömungen eingesetzt. Mit diesen wurden die Phasenverteilung und Gasphasendynamik, sowie Flüssigphasengeschwindigkeit und Turbulenz in ausgewählten generischen Experimenten untersucht.
Weiterhin wurden in diesem Vorhaben ausgewählte experimentelle Ergebnisse mit CFD-Vorausrechnungen verglichen. Die zweiphasige Strömungssimulation wurde mit dem verfügbaren Simulationswerkzeug ANSYS-CFX durchgeführt, um für diesen Anwendungsfall bereits verfügbare Standardmodelle auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen.