Kühlmittelvermischung unter Naturumlaufbedingungen nach einen hypothetischen Störfall mit kleinem Leck
Hintergrund
Randbedingungen für die ROCOM-Experimente
Ergebnisse
Abb. 1 zeigt den Zeitverlauf der Störung Theta an den Sensoren im oberen und unteren Bereich des Downcomers im Experiment ohne Dichteunterschiede. Die Abbildung stellt eine Ansicht des zeitabhängigen Theta-Wertes auf einer azimutalen Linie in der Mitte des abgewickelten Downcomers dar. Die roten Pfeile kennzeichnen die Winkelposition der Schleifen mit den Pfropfen, die schwarzen die ohne diese. Zuallererst demonstriert die zeitliche Darstellung der Daten am oberen Sensor, dass beide Pfropfen nahezu zeitgleich in den Downcomer eintreten. Bei einer Transportzeit von rund 45 s ist die Abweichung kleiner als 1 s, was für die Qualität der Pumpensteuerung spricht. Weitherhin ist deutlich zu sehen, dass die Störung auf einen Sektor des Reaktordruckbehälters beschränkt bleibt. Dieser Sektor entspricht dem Anteil der Volumenströme der beiden Schleifen mit Pfropfen am Gesamtvolumenstrom im Downcomer. Wie aus der Darstellung der Daten am unteren Sensor im Downcomer geschlossen werden kann, findet auf dem Weg durch den Downcomer an den Außenseiten der Pfropfen eine geringe Vermischung mit dem borierten Kühlmittel statt. Die an beiden Sensoren detektierten Maximalwerte sind 90.4 % und 86.1 %, jeweils bezogen auf die Anfangsstörung. Das bedeutet, dass die Störung auf dem Weg durch den Downcomer nur geringfügig abgebaut wird. Die Form der Verteilung der Störung im Downcomer wird durch ein für diese Geometrie typisches Geschwindigeitsfeld hervorgerufen, wie es in entsprechenden Messungen gefunden wurde. Direkt unterhalb der vier Eintrittsstutzen gibt es ein Geschwindigeitsminimum, während sich in der Mitte zwischen zwei Stutzen ein Maximum befindet.
Das geringer borierte Küphlmittel strömt mehr oder weniger senkrecht den Downcomer hinunter, am Kerneintritt wird genau unterhalb der azimutalen Position der beiden mit Pfropfen beaufschlagten Schleifen das Maximum mit 64 % der anfänglichen Störung detektiert (Abb. 2, die Pfeile kennzeichnen die Position der beiden Schleifen mit den Pfropfen). Jetzt wird das Experiment mit identischen Randbedingungen wiederholt, die Dichte der Pfropfen wird aber um 2 % reduziert. Diese Dichtedifferenz verhindert die Abwärtsströmung des deborierten Kondensates. Es wird vom schwereren Kühlmittel separiert und umströmt den Kernmantel im oberen Bereich des Downcomers. Dadurch wird der Transport in Richtung Kern verzögert. Auf der gegenüberliegenden Seite des Downcomers mischt das Kühlmittel dem nach unten strömenden schwereren Wasser bei (siehe Abb. 3). Dadurch sind die Maximalwerte des Vermischungsskalars am Sensor im unteren Bereich des Downcomers und am Kerneintritt (Abb. 2) im Vergleich zum Experiment ohne Dichtedifferenz geringer. Für die vorgestellte Dichtedifferenz von 2 % wird am Kerneintritt ein Maximalwert von nur noch 31 % gemessen. Zusätzlich dazu hat sich die Position, an der der Maximalwert detektiert wird, auf die den beiden mit Pfropfen beaufschlagten Schleifen gegenüberliegende Seite verschoben. Die Veränderung der Dichtedifferenz hat somit einen entscheidenden Einfluss auf das Vermischungsverhalten. ![]() Abb. 2: Verteilung der Störung in der Kerneintrittsebene zum Zeitpunkt des Maximums (Maximum: Zahl in %, stepwidth: Unterschied zwischen benachbarten Höhenlinien) |
Abb. 1: Zeitverlauf der Störung an den Sensoren im Downcomer (abgewickelte Darstellung, die roten Pfeile zeigen die azimutale Position der mit Pfropfen beaufschlagten Schleifen) im Experiment ohne Dichteunterschiede Abb. 3: Zeitverlauf der Störung an den Sensoren im Downcomer (abgewickelte Darstellung, die roten Pfeile zeigen die azimutale Position der mit Pfropfen beaufschlagten Schleifen) im Experiment mit einer Dichtedifferenv von 2% |
Publikationen
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H.-M. Prasser, T. Höhne, S. Kliem, U. Rohde, F.-P. Weiss
Untersuchung der Kühlmittelvermischung an der Versuchsanlage ROCOM - Experimente und Modellierung
Annual Meeting on Nuclear Technology '03, Proc. Topical Session: "Experimental and theoretical investigations on boron dilution transients in PWRs" pp. 57-83, INFORUM GmbH Berlin, (2003) -
S. Kliem, T. Höhne, H.-M. Prasser, U. Rohde, F.-P. Weiss
Experimental investigation of coolant mixing in the RPV of a PWR during natural circulation conditions
Proc. 12th Int. Conference on Nuclear Engineering ICONE-12 (CD-ROM), paper 49424 (2004) -
T. Höhne, S. Kliem
Coolant mixing studies of natural circulation flows at the ROCOM test facility using ANSYS CFX
Proceedings of the OECD/NEA & IAEA Workshop: "Benchmarking of CFD Codes for Application to Nuclear Reactor Safety", CD-ROM paper A5-23 (2006) -
T. Höhne, S. Kliem, U. Rohde, F.-P. Weiss
Buoyancy driven coolant mixing studies of natural circulation flows at the ROCOM test facility using ANSYS CFX
Nucl. Eng. Design, vol. 238(8), pp. 1987-1995 (2008)