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Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Uwe Hampel

Leiter
Experimentelle Thermo­fluiddynamik
u.hampel@hzdr.de
Tel.: +49 351 260 2772

CFD-Modellentwicklung zum Transport, der Ablagerung und der Remobilisierung von Aerosolpartikeln

Die Ablagerung und Remobilisierung von Aerosolpartikeln spielen eine zentrale Rolle in der sicherheitstechnischen Bewertung kerntechnischer Anlagen. In Hochtemperaturreaktoren bildet sich beispielsweise radioaktiver Graphitstaub durch Abrieb an Graphitstrukturen und wird durch das Kühlmittel Helium transportiert. Während des Reaktorbetriebs diffundieren Spaltprodukte durch die Graphitmatrix, die sich letztendlich in dem Graphitstaub ablagern. Das Strömungsverhalten der Staubpartikel beeinflusst im entscheidenden Maße die Ablagerung und die Remobilisierung in den Rohrleitungssystemen. Bei einem hypothetischen Störfallszenario könnte radioaktiv kontaminiertes Graphitmaterial in das Reaktorgebäude freigesetzt werden. Deshalb ist es von zentraler Frage, diese komplexen Transportprozesse numerisch modellieren und bewerten zu können.

Gegenwärtig werden numerische Methoden basierend auf dem Euler-Lagrange-Verfahren entwickelt, um das Transport-, Ablagerungs- und Remobilisierungsverhalten dieser Partikel- berechnen zu können. Eine aktuelle Studie befasst sich mit der Simulation der Partikelablagerung in einer horizontalen Kanalströmung mit periodischen Stufen (siehe Abb. 1). Experimentelle Untersuchungen begleiten die numerische Modellentwicklung und der Vergleich beider Ergebnisse zeigt bereits in einer Vorstudie gute Übereinstimmung zwischen der Simulation und dem Experiment (Abb. 2).



Abb. 1: Partikel Transport im Kanal mit periodischem Hindernissen.
Click on the picture for full view. 		Abb. 2: Multilayer Ablagerung zwischen zwei Hindernissen.
Click on the picture for full view.

Danksagung

Diese Arbeit wird im Rahmen des EU-Projektes „Thermal-Hydraulics of Innovative Nuclear Systems“ 249337 gefördert.

Literatur

  • Lecrivain, G., Drapeau-Martin, S., Barth, T. and Hampel, U. (2013).
    Numerical simulation of multilayer deposition in an obstructed channel flow.
    Advanced Powder Technology, In Press, Corrected Proof.

  • T. Barth, G Lecrivain, U. Hampel (2013).
    Particle deposition study in a horizontal turbulent duct flow using optical microscopy and particle size spectrometry.
    Journal of Aerosol Science, Vol. 60, p. 47-54.

  • G. Lecrivain and U. Hampel (2012).
    Influence of the Lagrangian integral time scale estimation in the near wall region on particle deposition.
    ASME Journal of Fluids Engineering, Vol. 134, p. 1-6.