Arbeiten zur Simulation prototypischer In-Vessel-Retention-Szenarien auf Basis von Vergleichsrechnungen mit mittelskaligen Experimenten


Arbeiten zur Simulation prototypischer In-Vessel-Retention-Szenarien auf Basis von Vergleichsrechnungen mit mittelskaligen Experimenten

Altstadt, E.; Willschütz, H.-G.

Bezüglich eines hypothetischen Kernschmelzeszenarios in einem Leichtwasserreaktor ist es notwendig, mögliche Versagensformen des Reaktordruckbehälters sowie Versagenszeiträume zu untersuchen, um die Belastung für das Containment bestimmen zu können. Es wurden weltweit bereits eine Reihe von Experimenten durchgeführt, welche Erkenntnisse hierüber liefern sollen. Begleitend wurden in Einzelversuchen Materialeigenschaften ermittelt, sowie theoretische und numerische Arbeiten durchgeführt.
Für die Simulation von Experimenten zum Versagen der Bodenkalotte, wie OLHF oder FOREVER, ist es notwendig, Kriechen und Plastizität zu berücksichtigen. Gleichzeitig müssen geeignete Modelle das Temperaturfeld in der Behälterwand für die mechanischen Rechnungen bereitstellen. Vom Institut für Sicherheitsforschung des FZR wird ein Finite-Elemente-Modell erstellt, das sowohl die Temperaturfeldberechnung für die Wand als auch die elasto-plastische Mechanik der Behälterwand modelliert.
Am FZR wurde ein Finite Elemente Model entwickelt, das die Verwendung von einfachen Kriechgesetzen, die mit ihren angepassten Konstanten nur für begrenzte Spannungs- und Temperaturbereiche gültig sind, umgeht. Stattdessen wird eine numerische Kriechdatenbasis angelegt, in der die Kriechdehnrate in Abhängigkeit von der Gesamtdehnung, der Temperatur und der Vergleichsspannung abgelegt ist. Eine wesentliche Aufgabe für diese Vorgehensweise besteht in der Generierung und Validierung der Kriechdatenbasis. Zusätzlich wurden alle relevanten temperaturabhängigen Materialeigenschaften mit entsprechenden Modellen in den Code eingegeben. Für die Bestimmung der Versagenszeit wurde ein Schädigungsmodel nach einem Vorschlag von Lemaitre implementiert.
Die Validierung des numerischen Models erfolgte durch die Simulation von und den Vergleich mit den skalierten Integralexperimenten der FOREVER-Reihe, in denen die Bodenkalotte eines Druckwasserreaktors mit ihrer halbkugelförmigen Geometrie wiedergegeben wird. In Zusammenarbeit mit den Experimentatoren an der KTH in Stockholm wurden Pre- und Posttest-Rechnungen für diese bisher einzigartigen Experimente durchgeführt, deren Ergebnisse qualitativ und quantitativ sehr zufriedenstellend sind.
Ausgehend von diesen Arbeiten wird die Simulation prototypischer Szenarien angestrebt, welche im Vergleich zu FOREVER um den Faktor 10 größere Abmessungen aufweisen. Hierzu sind noch Modellerweiterungen notwendig, die daraus resultieren, dass eine vollständige einheitliche Skalierung aller thermischen und mechanischen Einflussgrößen nicht möglich ist.

Keywords: Kernschmelzerückhaltung; FE-Modellierung; 2D- und 3D-Experimente

  • Lecture (Conference)
    3. Workshop KOMPETENZVERBUND KERNTECHNIK am 8.10.2003, MPA, Stuttgart, Proceedings-CD
  • Contribution to proceedings
    3. Workshop KOMPETENZVERBUND KERNTECHNIK am 8.10.2003, MPA, Stuttgart, Proceedings-CD

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-5667
Publ.-Id: 5667