HZDR Baseline-Modell-Strategie

Die Beschreibung polydisperser Blasenströmungen mittels Euler-Euler CFD erfordert die Einbindung einer Reihe von Schließungsmodellen für die Grenzflächenkräfte, flüssigseitige Turbulenz und die verschiedenen Blaseninteraktionen. In der Literatur finden sich hierfür eine Vielzahl empirischer und semi-empirischer Modelloptionen. In der Mehrphasen-Community gibt es bisher keinen Konsens über die Wahl dieser Modelle oder ihre innewohnenden Modellkonstanten. Bis heute wenden verschiedene Forschungsgruppen unterschiedliche Modellsätze an, teilweise sogar von Fall zu Fall, wodurch die Vorhersagekraft von Simulationen beschränkt bleibt.

Die Vision unserer Baseline-Strategie besteht darin eine festes Set an Baseline-Modellen zu etablieren welches alle Arten der Blasenströmung in jeglicher Geometrie zuverlässig vorhersagen kann. Optimale Baseline-Modelle sind hierbei möglichst mechanistische Modelle, welche auf lokalen Strömungsparametern basieren und überzeugende Ergebnisse für eine große Zahl an Validierungsfällen liefern. Das folgende Schema illustriert die Strategie der kontinuierlichen Entwicklung und Analyse neuer Modelle, sowie deren Validierung mittels einer stetig wachsenden Zahl an Fällen.

Um diese Strategie umzusetzen wird ein Workflow für die automatisierte Analyse von OpenFOAM Simulationen auf eine umfangreiche Sammlung etablierter Rohrstömungs- und Blasensäulenfälle regelmäßig angewendet. Die schnelle und effiziente Erzeugung großer Ergebnismengen, die somit in gut-strukturierten Reports zusammengefasst werden erlaubt es uns neue Tools für die Datenauswertung anzuwenden. Ein Fuzzy-Logic-Controller wurde eingeführt um die Übereinstimmung unserer Simulationen mit den Validierungsdaten zu quantifizieren, so wie es im folgenden Bild veranschaulicht ist. Solch eine systematische Evaluierung von neuen Schließungsmodellen soll zukünftig zu einer nachhaltigeren Baselinemodellentwicklung beitragen.

Literatur

• Lucas, D.; Rzehak, R.; Krepper, E.; Ziegenhein, Th.; Liao, Y.; Kriebitzsch, S.; Apanasevich, P., A strategy for the qualification of multi-fluid approaches for nuclear reactor safety, Nuclear Engineering and Design 299 (2016), 2-11.
• Hänsch, S.; Evdokimov, I.; Schlegel, F.; Lucas, D., A workflow for the sustainable development of closure models for bubbly flows, Chemical Engineering Science 244 (2021), 116807.