Thermohydraulische nukleare Sicherheitsforschung
Zukünftige Kernkraftwerke werden mit fortschrittlichen passiven Sicherheitssystemen ausgestattet sein. Derartige Sicherheitssysteme für z. B. Kühlungsprozesse benötigen keine externe Energie oder Signalverarbeitung und funktionieren unabhängig von menschlichen Aktionen oder beweglichen Komponenten, wie z. B. Pumpen. Stattdessen basieren die treibenden Kräfte auf physikalischen Gesetzen. Es kann zum Beispiel die Konvektionswärmeübertragung ausschließlich durch natürliche Zirkulation auf der Grundlage von Schwerkraft, Dichte- oder Druckunterschieden realisiert.
Versuchsanordnung im Druckausgleich zur Untersuchung der Fluiddynamik des Thermoshocks bei Notkühlszenarien.
Hierbei treten mehrphasige Gemische (z. B. Dampf/Wasser-Strömungen) auf, welche für komplexe Stoff-, Wärme und Impulsübergänge bekannt sind. Fortschrittliche Systemcodes oder CFD-Codes (Computational Fluid Dynamic Codes) können derartige Phänomene nur dann korrekt vorhersagen, wenn die zugrundeliegenden Modelle mit Experimentaldaten validiert wurden. Die dafür nötige experimentelle Charakterisierung von Mehrphasenphänomenen muss also unter möglichst anwendungsnahen Betriebsbedingungen und Dimensionen erfolgen und gleichzeitig möglichst unterschiedliche Strömungszustände abbilden.
Hierfür werden an der TOPFLOW-Anlage anwendungsnahe Versuche bei Drücken bis zu 70 bar und Temperaturen bis zu 286 °C durchgeführt. Ziel dieser experimentellen Untersuchungen ist es, die auftretenden Phänomene und Prozesse abzubilden und somit eine Datenbasis zur Validierung von numerischen Codes zu generieren. Die darauf aufbauenden numerischen Codes werden genutzt, um das Verhalten von Strömungen in Kernkraftwerken vorherzusagen und die zukünftigen Kraftwerksprozesse sicher auszulegen.
TOPFLOW
Die Thermohydraulik-Versuchsanlagen von TOPFLOW (Transient TwO Phase FLOW Test Facility) dienen der experimentellen Untersuchung thermohydraulischer Phänomene unter realitätsnahen Bedingungen: Dabei kommen industrienahe Geometrien aus der chemischen Verfahrenstechnik sowie der konventionellen und nuklearen Energietechnik zum Einsatz. Die Untersuchungen umfassen Luft/Wasser- und Dampf/Wasser-Strömungen, die Flash-Verdampfung von Kältemitteln (TERESA) sowie Experimente mit überkritischem CO₂ im Kreislauf CARBOSOLA.
Weiterlesen
Flüssig-Gas-Strömungen in vertikalen Rohren
In den beiden vertikalen Teststrecken der TOPFLOW-Versuchsanlage (DN50, DN200) werden Strömungsformen bei der adiabaten (Wasser/Luft) und nicht adiabaten (Wasser/Wasserdampf) Durchströmung aufgeklärt. Mit Hilfe bildgebender Messverfahren können so Validierungsdaten bereitgestellt werden und Einzelmechanismen untersucht werden.
Weiterlesen
Zweiphasige Umströmung von Hindernissen
Experimente in Blasenströmungen in einem verengten Rohr, bei denen mithilfe ultrahochauflösender Röntgentomographie und Hitzdrahtanemometrie detaillierte Informationen zu Phasenverteilungen, Blaseneigenschaften und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten zur Weiterentwicklung und Validierung numerischer Modelle ermittelt wurden.
Weiterlesen
Gegenstrombegrenzung bei Reflux-Condenser-Betrieb im heißen Strang eines Druckwasserreaktors
Während Notkühlszenarien können im heißen Strang von Druckwasserreaktionen Gegenstrom von Dampf und Kondensat auftreten. Um Instabilitäten derartiger Strömungen zu simulieren wurden am HZDR grundlegende Experimente zur Gegenstrombegrenzung durchgeführt.
Weiterlesen
Thermofluiddynamik bei Thermoschock unter Druck
Bei der Einspeisung von kaltem Notkühlwasser in die Hauptkühlleitung eines Kernreaktors treten aufgrund der Temperaturunterschiede lokal hohe thermomechanische Beanspruchungen auf. In einer experimentellen Studie wurden die Wärme -und Phasenwechselübergänge analysiert und im Rahmen numerischer Validierungsdaten bereitgestellt.
Weiterlesen
Fluiddynamik bei Direkt-Dampfkondensation unter Druck (DENISE)
An der Kontaktfläche zwischen kaltem Kühlwasser und Sattdampf treten Kondensationseffekte auf. Die dabei wirksamen Mechanismen wurden in Einzeleffektstudien an geschichteten Strömungen, Freistrahlen und Gasmitriss aufgeklärt. Hierzu wurden bildgebende Messverfahren bei Betriebsdrücken bis 50 bar qualifiziert.
Weiterlesen
Kondensationsphänomene in geneigten Rohren
Einem störfallbedingten Absinken des Füllstandes im Reaktordruckbehälter soll durch ein passives Notkondensationssystem gegengewirkt werden. In den leicht geneigten Kondensationsrohren auftretende Strömungsformen und Phasenverteilungen wurden mittels eines bildgebenden Tomographiesystems aufgeklärt und der Wärmedurchgang mit einer eigens entwickelten Sonde gemessen
Weiterlesen
Experimentelle Untersuchung von geschichteten Zweiphasenströmungen
Die Arbeit untersucht Mehrphasenströmungen in horizontalen und leicht geneigten Rohrleitungen, die in Industrieanlagen, Kraftwerken und der Ölförderung auftreten. Zur experimentellen Analyse und CFD-Validierung wurde der HAWAC-Strömungskanal mit transparenter Acrylglas-Teststrecke entwickelt. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen erfassen die Phasengrenzfläche, deren Auswertung charakteristische Strömungsgrößen und Vergleiche mit numerischen Simulationen ermöglicht. Ergänzend können PIV-Messungen zur Bestimmung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit sowie Druckmessungen zur Untersuchung instationärer Strömungsformen durchgeführt werden.
Weiterlesen
hzdr.de
