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Matthias Beyer
Experimental Thermal Fluid Dynamics
m.beyerAthzdr.de
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Teststreckenkreislauf

Dieser Anlagenteil wurde bereits bei der Errichtung von TOPFLOW im Jahre 2002 mit aufgebaut. Er dient zur Untersuchung von Zweiphasenströmungen in vertikalen Rohren. Die flüssige Phase (Wasser) wird aus einem Separationsbehälter (Dampftrommel) mittels einer Kreiselpumpe in die Teststrecken gefördert. Die Zugabe der Gasphase erfolgt durch spezielle Gaseinspeisemodule. Das Gemisch strömt nach den Experimenten in die Dampftrommel zurück und separiert dort, wobei das überschüssige Gas abgeblasen wird. Der Teststreckenkreislauf ist für Luft-Wasser- und für Dampf-Wasser-Strömungen ausgelegt. Er kann bis zu einem Druck von 7 MPa betrieben werden. Luft wird von einer internen 6-strängigen Druckluft-Regelstation mit einem Normvolumenstrom bis zu 900 m³/h bereitgestellt. Der Dampf wird in einem elektrisch beheizten Zwangsumlaufkessel erzeugt, der bis zu 1,4 kg/s Sattdampf liefert. Wasserströmungen sind bis zu einem Massenstrom von 50 kg/s einstellbar.

Ansicht vertikale Teststrecke DN200

Ansicht der vertikalen Teststrecke DN200, beginnend in der Grube (links) bis zur Gittersensormessebene (rechts)


Gegenwärtig sind 2 Teststecken mit Nennweiten von DN50 und DN200 installiert. In beiden Rohren können aufwärts gerichtete Strömungen untersucht werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, im DN50-Rohr auch abwärts gerichtete bzw. gegenläufige Strömungen einzustellen.

Ein wesentlicher Bestandteil bei der Untersuchung von Zweiphasenströmungen ist die Erfassung der Strömungsparameter. Hierfür kommen an TOPFLOW 2 Systeme zum Einsatz. An der DN200-Teststrecke werden Gittersensoren verwendet, die die elektrische Leitfähigkeit im Gemisch messen. Hierzu wird ein Drahtgitter über dem Strömungsquerschnitt aufgespannt, an dessen Kreuzungspunkten der Phasenzustand ermittelt wird.

Das 2. System ist ein schneller Röntgentomograph (ROFEX), der am DN50 Rohr montiert ist. Im Gegensatz zu den Gittersensoren arbeitet dieses System ohne die Strömung zu beeinflussen. Details zur Funktion des Röntgenscanners sind unter dem obigen Link verfügbar. Beide Systeme messen den Phasenzustand in 2 hintereinanderliegenden Ebenen, so dass mittel Kreuzkorrelation bzw. Blasentracking Gasgeschwindigkeiten bestimmt werden können. Außerdem werden aus den Messdaten der in Strömungsrichtung ersten Messebene Gasgehalts- und Blasengrößenverteilungen generiert.

Neben der Untersuchung von eingelaufenen Strömungen ist auch die Entwicklung der Strömungsform von der Gaseinspeisung bis zum Gemischaustritt von Interesse. Um die erforderlichen Daten zu messen, werden 2 Verfahren genutzt: Am DN200 Rohr sind die Gittersensoren am oberen Ende fest installiert. Um variable Einlauflängen einzustellen, werden 8 über der Höhe der Teststrecke angeordnete Gaseinspeisemodule genutzt. Andererseits ist der ROFEX an einem linearen Traversiersystem montiert, so dass bei konstanter Gaseinspeisung in den unteren Teil des DN50-Rohres beliebige Einlauflängen analysiert werden können.

Anstelle des DN50 Ti-Rohres wurden auch transparente PMMA bzw. PVCklar Testsektionen eingebaut, bei denen dann parallel auch optische Messungen möglich sind.

In beiden vertikalen Teststrecken wurden in den letzten 15 Jahren hauptsächlich generische Untersuchungen an Gas-Wasser-Strömungen durchgeführt, deren Daten zur Modellierung bzw. Ertüchtigung von Modellen in Strömungssimulationssoftware genutzt wurden. Dafür wurden Strömungsformen in glatten Rohren von der feindispersen Blasenströmung bis zur Ringströmung analysiert. Des Weiteren laufen gegenwärtig Messserien in der Umgebung eines Hindernisses (halbkreisförmige und ringförmige Strömungseinengung), bei denen komplexere Strömungen auftreten.


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