Contact

Martin Arlit
Experimental Thermal Fluid Dynamics
m.arlitAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 3779

Prof. Dr. Uwe Hampel
Head
u.hampel@hzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2772
Fax: 12772, 2383

Sicherheit der Nasslager für abgebrannte Brennelemente: Experimentelle Analyse, Modellbildung und Validierung für System- und CFD-Codes (SINABEL)

Hintergrund

Das Nasslagerbecken dient als Zwischenlager für abgebrannte Brennelemente sowie für Brennelemente während laufender Arbeiten im Reaktordruckbehälter. Im Falle eines länger anhaltenden Stromausfalls oder einer Leckage in der Beckenstruktur kann die Abfuhr der Nachzerfallswärme möglicherweise nicht ununterbrochen gewährleistet werden, was zu einem Ausdampfen des im Becken befindlichen Wasser sowie einer Erhitzung der Brennstäbe bis hin zu kritischen Temperaturen führen kann.

Projekt

Im Rahmen des Verbundprojekts SINABEL werden die thermohydraulischen Prozesse während des Ausdampfvorgangs von Wasser im Lagerbecken experimentell untersucht sowie modelliert. Dabei soll ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Wärmetransportmechanismen und Einzeleffekte erlangt werden. Weiterhin sollen die Ergebnisse zur Abschätzung des zeitlichen Verlaufs von Wasserfüllstand und der Staboberflächentemperaturen infolge eines Störfalls dienen. Dazu wird ein Brennelement eines Siedewasser-Reaktors in den Originaldimensionen durch ein Bündel elektrisch beheizter Stäbe nachgebildet (Versuchsanlage ALADIN). Zur Generierung experimenteller Daten kann zum Teil kommerziell verfügbare Messtechnik eingesetzt werden. Unter den gegebenen Randbedingungen hoher Temperaturen sowie eingeschränkter optischer und mechanischer Zugänglichkeit und der Anforderung an örtlicher Auflösung ist für die Messung der Gasphasengeschwindigkeiten in den Unterkanälen keine adäquate Instrumentierung verfügbar. Das Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines Messsystems zur Untersuchung der Gasgeschwindigkeiten und -temperaturen in den Unterkanälen des Modellbrennelements während des Ausdampfvorgangs.

Ergebnisse

Für die Messung der Dampftemperaturen und Dampfgeschwindigkeiten im ausdampfenden Brennelement unter störfalltypischen Bedingungen wurde ein spezieller Thermoanemometrie-Gittersensors (TAGS) entwickelt. Dieser besteht aus einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Platin-Widerstandsthemometer. Durch Variation der angelegten Spannung können in sequentieller Reihenfolge die Gasphasengeschwindigkeit und –temperatur über die Methoden der thermische Anemometrie bzw. des Widerstandsthermometers bestimmt werden.



Mithilfe des TAGS konnten an der ALADIN – Anlage für die Störfallszenarien eines ausdampfenden bzw. entleerten Lagerbecken und den entsprechenden Anlagenkonfiguration der konvektive Transport von Wärme aus den beheizten Stäbe durch aufsteigenden Dampf bzw. durch eine zirkulierende Luftströmung gezeigt werden.



Partner

  • Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Energietechnik, Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik
  • Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Strömungsmechanik
  • Hochschule Zittau-Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik
  • Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institut für Fluiddynamik

Publikationen

  • M. Arlit, C. Partmann, E. Schleicher, C. Schuster, A. Hurtado, U. Hampel
    Instrumentation for experiments on a fuel element mock-up for the study of thermal hydraulics for loss of cooling or coolant scenarios in spent fuel pools
    Nuclear Engineering and Design, 2017. Submitted
  • M. Arlit, E. Schleicher, U. Hampel
    Thermal anemometry grid sensor
    Measurement Science and Technology, 2017. Submitted
  • M. Arlit, E. Schleicher, U. Hampel
    Study of thermal hydraulics in a fuel element mock-up during dry-out with a thermal anemometry grid sensor
    CD-Proceedings. 48th AMNT, Berlin, 16.- 17.05.2017
  • M. Arlit, E. Schleicher, U. Hampel
    Thermal Anemometry Grid Sensor for Spatially-Resolved Measurement of Gas Phase Temperature and Velocity in Fuel Element Subchannels
    CD-Proceedings. NURETH-17, Xi´an / China, 03.09. - 08.09.17

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