Die Zweiphasen-Testschleife MTLoop

Die Strömungsschleife MTLoop (Measurement Test Loop) wurde 1995 zum Test neu entwickelter Messverfahren für Zweiphasen-Strömungen errichtet. Dabei wurden die Sensoren, hauptsächlich Gittersensoren, in verschiedenen Höhen in eine vertikale Rohrleitung von ca. 3,5 m Länge eingebaut und der Phasenzustand in variablen Einlauflängen ermittelt. Die Sensoren lieferten räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Messdaten, so dass an MTLoop grundlagenorientierte Untersuchungen sowohl an stationären als auch an transienten Strömungen im Rahmen eines wissenschaftliche Forschungsprojektes durchgeführt wurden. Die Testschleife war bis 2003 in Betrieb und wurde nach der Inbetriebnahme der Thermohydraulik-Versuchsanlage TOPFLOW zurückgebaut. Ebenso wie die Messdaten von TOPFLOW wurden die Ergebnisse von MTLoop zur Entwicklung und Validierung der in Computational Fluid Dynamic (CFD) Codes enthaltenen Modelle genutzt.

Aufbau und Funktion

Ein prinzipielles Schema der Testschleife ist in der folgenden Abbildung dargestellt. In MTLoop zirkulierte Wasser, das aus einem Separationsbehälter angesaugt und in die Steigleitung gefördert wurde. Die Gasphase wurde im unteren Teil der Steigleitung entweder als Luft geregelt in den Wasserstrom eingeperlt oder von einem elektrischen Heizelement durch Verdampfen kontrolliert erzeugt. Das Zweiphasen-Gemisch strömte dann in die vertikale Testsektion, in der die Messungen durchgeführt wurden. Im Anschluss an die Steigleitung war ein horizontaler Rohrleitungsabschnitt montiert, in dem ebenfalls Strömungsuntersuchungen möglich waren. Die horizontale Leitung mündet seitlich in den Zyklon-Separator, in dem das Gemisch getrennt wurde. Das Wasser wurde erneut in die Steigleitung gefördert, während die Luft bzw. der Dampf abgeblasen wurden. Das Kühlsegment diente der Gewährleistung einer konstanten Temperaturrandbedingung bei Luftbetrieb bzw. zur Unterkühlung der Flüssigkeit bei Dampfbetrieb um Kavitation an der Umwälzpumpe zu vermeiden. Die Anlage war für einen Betriebsdruck von 2,5 MPa und die zugehörige Sättigungstemperatur von 224°C ausgelegt und hatte eine entsprechende Betriebsgenehmigung. Alle Rohrleitungen des Kreislaufs mit Ausnahme der Fallleitung haben die Nennweite DN50. Die Fallleitung ist mit der Nennweite DN65 dem Querschnitt des Saugstutzens der Pumpe angepasst.

Schematische Darstellung der Zweiphasentestschleife MTLoop

Publikationen

• T. Frank, P. Zwart, E. Krepper, H.-M. Prasser, D. Lucas (2008).
  Validation of CFD models for mono- and polydisperse air-water two-phase flows in pipes.
  Nuclear Engineering and Design 238, 647-659.
• D. Lucas, E. Krepper, H.-M. Prasser (2005).
  Development of co-current air-water flow in a vertical pipe.
  International Journal of Multiphase Flow 31, 1304-1328.
• H.-M. Prasser, D. Lucas, E. Krepper, D. Baldauf, A. Böttger, U. Rohde, P. Schütz, F.-P. Weiß, C. Zippe, W. Zippe, J. Zschau (2003).
  Strömungskarten und Modelle für transiente Zweiphasenströmungen.
  Wissenschaftlich-Technische Berichte / Forschungszentrum Rossendorf, FZR-379
• H.-M. Prasser, E. Krepper, D. Lucas (2002).
  Evolution of the Two-Phase Flow in a Vertical Tube - Decomposition of Gas Fraction Profiles according to Bubble Size Classes using Wire-Mesh Sensors.
  International Journal of Thermal Sciences 41, pp. 17-28.

Danksagung

Das dieser Arbeit zugrundeliegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 150 1215 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt liegt bei den Autoren.