Kühlmittelvermischung in Druckwasserreaktoren Teil 1: Möglichkeiten geschlossener analytischer Lösungen und Simulation der Vermischung mit CFX-4

Ziel des Vorhabens war die analytische und numerische Simulation der Kühlmittelvermischung im Ringraum und unteren Plenum von Druckwasserreaktoren. Generell ist die Kühlmittelvermischung relevant für zwei große Störfallgruppen - Borsäureverdünnungsstörfälle und Kaltwassertransienten. Zur Untersuchung der Vermischungsphänomene aus diesen Störfallszenarien wurde die Rossendorfer Versuchsanlage ROCOM konzipiert, die ein 1:5 skaliertes Plexiglasmodell des DWR Konvoi darstellt, in dem auch Geschwindigkeitsmessungen mit Hilfe von LDA-Technik möglich sind. Konstruktion, Errichtung und meßtechnische Ausstattung von ROCOM erfolgten in einem 2. Teil des Vorhabens. Im Vorfeld der Errichtung des ROCOM-Versuchsstandes wurden mit Hilfe des dreidimensionalen Strömungsberechnungsprogrammes CFX-4 Skalierungseffekte untersucht. Die Vergleichsrechnungen belegten, daß eine 1:5 Skalierung ausreichend ist. Nach dem Aufbau des Versuchsstandes und der Inbetriebnahme im 2. Teil des Vorhabens wurden die Vorausberechnungen anhand von experimentellen Ergebnissen bestätigt. Es wurde weiterhin ein Verfahren zur vereinfachten analytischen 2D-Beschreibung des Strömungsfeldes im Ringraum von Druckwasserreaktoren aufgestellt. Es beruht auf der Potentialtheorie, wobei Quellen an den Kühlmitteleintrittspositionen und Wirbel unter Beachtung der Randbedingungen der typischen Ringspaltgeometrie von DWR überlagert wurden. Der Schwerpunkt des Projektes lag jedoch in der numerischen Simulation der Kühlmittelvermischung unterschiedlicher Reaktoranlagen mit CFX-4 und der Validierung des Rechenprogramms anhand von Vermischungsexperimenten. Dabei wurden sowohl stationäre Schleifendurchsätze bei Nominalbetrieb und Teilschleifenbetrieb bzw. transiente Strömungsbedingungen der Reaktortypen DWR Konvoi und WWER-440 untersucht. Die Ergebnisse der CFX-4 Rechnungen im Vergleich mit den Leitfähigkeits- bzw. LDA-Messungen sind im Abschlußbericht dokumentiert. Grundlage für diesen Abschlußbericht ist eine Promotionsarbeit von T. Höhne zum gleichnamigen Thema im Rahmen des Kompetenzerhaltungsprogrammes Kerntechnik.