Das Projekt "Integrierte Strömungsberechnungen im Rahmen des EU-Projekts NURISP" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH durchgeführt. Im Projekt NURISP werden im Teilprojekt 'Thermohydraulik' Aufgaben zum Thema 'Pressurized Thermal Shock' behandelt, die eine Verbesserung der Simulationsmodelle für den Impuls- und Energieaustausch an freien Oberflächen erfordern. Zu diesem Zweck werden CFD-Rechnungen durch einen Vergleich mit ausgewählten ROSA Experimenten aus dem OECD-NEA Programm validiert. Arbeiten zur Vorbereitung und Implementierung der Kopplung von dreidimensionalen CFD-Programmen und eindimensionalen Systemcodes werden im NURISP Teilprojekt 'Multi-Physik' durchgeführt. Dazu werden Kopplungsschnittstellen von thermohydraulischen, ein- und dreidimensionalen Simulationsprogrammen, u. a. dem Systemcode ATHLET und dem CFD-Programm ANSYS CFX erarbeitet u. getestet. Die GRS wird den Systemcode ATHLET auf die NURESIM Plattform implementieren und ein Einführungsseminar zur Unterstützung potentieller Anwender halten. Dann wird ein ausgewähltes ROSA Experiment mit den Einzelprogrammen ANSYS CFX und ATHLET berechnet. Die numerischen Ergebnisse werden durch einen Vergleich mit experimentellen Daten validiert und, falls notwendig werden vorhandene Modelle für stratifizierte Strömungen verbessert. Am Beispiel der Kopplung des Systemcodes ATHLET mit dem CFD-Programm ANSYS CFX wird eine generische Schnittstelle zur Kopplung von ATHLET und CFX erstellt. Die Kopplung wird zunächst durch Berechnung eines einfachen Testfalls validiert. Abschließend wird eine gekoppelte Simulation von ATHLET und CFX für das ausgewählte ROSA Experiment vorbereitet und getestet. Die Erfahrungen und Ergebnisse werden bewertet, zusammengefasst und dokumentiert.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung von CFD-Modellen für Wandsieden und Aufbau eines Bündeltests mit hochauflösender, schneller Röntgentomographie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf, Institut für Fluiddynamik durchgeführt. Das Vorhaben ist der Weiterentwicklung der CFD-Modellierung von Blasensieden bis hin zu Filmsieden gewidmet. Die mit Hilfe von ANSYS in den Code ANSYS/CFX zu implementierenden Modellansätze werden zunächst anhand durch andere Projektpartner durchzuführende kleinskalige Experimente getestet. Im Rahmen des vorliegenden Abtrages sollen im FZD ein Brennelementbündeltest an der Versuchsanlage TOPFLOW aufgebaut werden, der mit schneller Röntgentomographie ausgestattet ist. Die Ziele betreffen im einzelnen: 1. Auswahl der in Frage kommenden Modellansätze, 2. Numerischer Test ihrer Eignung, 3. Test der durch ANSYS implementierten Modellansätze anhand kleinskaliger Experimente, 4. Entwicklung der schnellen Röntgentomographie, 5 Aufbau des Bündelversuches, 6. Analyse der gewonnenen Daten durch die implementierten Modelle Das Verbundvorhaben trägt insgesamt zur Kompetenzerhaltung in der Kerntechnik bei und macht seine Ergebnisse über die Einbindung der neu entwickelten Modelle in CFD- Nutzersoftware breiten Nutzerkreisen aus der Wissenschaft, der Industrie und bei den Gutachterorganisationen verfügbar.
Das Projekt "Einbindung verzögerter Neutronen in das Monte-Carlo-Programm SERPENT zur Simulation von Transienten mit gekoppelter Neutronik und Thermohydraulik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Reaktorsicherheit und -technik durchgeführt. Das in der deutschen Reaktorsicherheitsforschung vornehmlich genutzte CFD-Programm zur Simulation der Thermohydraulik, ANSYS CFX, ist heute in der Lage, umfangreiche, transiente Vorgänge zu simulieren. Auf dem Gebiet der Monte Carlo Codes ist dies für die Neutronik in diesem Umfang noch nicht möglich. Bei der Auslegung eines Reaktors spielt der Einfluss der verzögerten Neutronen eine große Rolle, ohne sie wäre eine Regelung undenkbar. Auch für die Nachrechnung zeitabhängiger Abläufe, wie z.B. ein Reaktivitätsstörfall, ist die Einbeziehung dieses Einflusses unumgänglich. In den typischen Neutronik-Codes wie MCNP, SERPENT oder TRIPOLI sind die verzögerten Neutronen allerdings noch nicht implementiert bzw. nur Transienten ohne ihren Einfluss simulierbar. Daher soll im Rahmen dieses Vorhabens die Einbindung von verzögerten Neutronen im Monte Carlo Programm SERPENT vorgenommen werden, um die Berechnung von Leistungstransienten wie beispielsweise bei Reactivity Initiated Accidents zu ermöglichen, und mit der Anpassung einer bereits bestehenden exemplarischen Kopplung zwischen ANSYS CFX und SERPENT dabei auch die Rückkopplung zwischen Neutronik und Thermohydraulik einzubeziehen. Das Arbeitsprogramm ist in folgende Arbeitspakete unterteilt: AP1: Aufbereitung und Bereitstellung der Datenbasis AP2: Untersuchung verschiedener Implementierungsstrategien AP3: Umsetzung einer ausgewählten Strategie im gekoppelten CFX-SERPENT-Prototyp AP4: Plausibilitätsanalyse des transienten Verhaltens im Prototyp AP5: Umsetzung in SERPENT AP6: Verifikation und Validierung AP7: Dokumentation Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit dem IEK-6 des Forschungszentrums Jülich durchgeführt, wobei neben dem dort vorhandenen Know-How vor allem die Infrastruktur der institutseigenen Rechnerkapazitäten genutzt werden. Das zentrale Thema der Einbindung in den Quellcode SERPENT wird in engem Kontakt, auch vor Ort, mit dem Entwicklerteam des Programms SERPENT am VTT in Finnland erfolgen.
Das Projekt "Weiterentwicklung thermohydraulischer Rechenprogramme für innovative Reaktorkonzepte im Rahmen des EU-Projekts THINS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH durchgeführt. Unter dem Oberbegriff 'Generation IV' werden neue Reaktordesigns zusammengefasst, die verglichen mit bestehenden Baulinien Vorteile hinsichtlich passiver Sicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit aufweisen. Um die Analyse und die Bewertung der Sicherheitsmerkmale solcher fortschrittlicher Reaktorkonzepte zu ermöglichen, müssen die Codes zur Sicherheitsbewertung ertüchtigt werden. Das Ziel des Projekts THINS (Thermal Hydraulics of Innovative Nuclear Systems), das im 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union unter dem Kennzeichen FP7-249337 mit einem EU-Kostenanteil von 50 Prozent gefördert wird, ist die Weiterentwicklung der bestehenden thermohydraulischen Rechenprogramme auf innovative Reaktorkonzepte. Die Arbeiten der GRS konzentrieren sich auf die Untersuchung des Wärmeübergangs an Brennstaboberflächen von gasgekühlten Reaktoren sowie die Nachrechnung des Versuchs 'Thermal-Hdraulic ADS Lead Bismuth Loop (TALL)' des Royal Institute of Technology (KTH), Schweden mit dem gekoppelten Programmsystem ANSYS CFX-ATHLET. Im Arbeitspunkt 'Thermohydraulik im Reaktorkern' werden Simulationen zur Untersuchung des Wärmeübergangs an Brennstaboberflächen von gasgekühlten Reaktoren durchgeführt. Hierzu ist die Entwicklung und Validierung verbesserter CFD Modelle zur Berechnung von Impuls und Wärmeübergang in Wandgrenzschichten erforderlich. Im Arbeitspunkt 'Kopplung von Rechenprogrammen' wird die generische Schnittstelle zur Kopplung von ATHLET und ANSYS CFX weiterentwickelt. Schließlich sollen ANSYS CFX-ATHLET für die Simulation von innovativen Arbeitsmedien (flüssiges Metall) nachgerüstet werden. Der TALL-Versuch zur experimentellen Untersuchung des Naturumlaufs in Reaktoren der vierten Generation wird mit Hilfe des gekoppelten Programms ANSYS CFX-ATHLET nachgerechnet und zur Validierung genutzt.
Das Projekt "Entwicklung und Validierung eines effizienten Modellierungskonzeptes für die Wasserstoffverbrennung mit hohem Luftüberschuss" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Ziel ist die Ausbildung einer Doktorandin / eines Doktoranden auf dem Gebiet der Containmentsicherheit und Verbrennungsmodellierung im Rahmen des KEK Programms. Bei schweren Störfällen in Kernkraftwerken kann es zur Freisetzung großer Mengen Wasserstoff kommen. Aufgrund der weiten Zünd- und Explosionsgrenzen von Wasserstoff- Luft Gemischen ist die Bildung von zündfähigen Gemischwolken höchst wahrscheinlich. Die numerische Modellierung der Flammenausbreitung in solchen Szenarien ist insbesondere für magere Wasserstoff-Luft Gemische höchst anspruchsvoll und bisher für deterministische Sicherheitsanalysen nicht ausreichend fortgeschritten. Bestehende Ansätze unterschätzen die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Verbrennung und damit die entstehenden Drucklasten systematisch. Instabilitätsmechanismen der Flammenfront erschweren die Modellierung. Daher soll im Rahmen dieses Vorhabens eine Modellierungsstrategie erarbeitet und in ANSYS-CFX implementiert werden. Neben einer umfassenden Literaturrecherche werden Validierungsversuche durchgeführt, die durch hoch zeitaufgelöste optische Messtechniken eine Charakterisierung von Flammenfronten erlauben. Numerische Arbeiten: Nach einer umfassenden Literaturrecherche zu bestehenden Modellierungsansätzen und Brenngesetzen erfolgt eine Evaluierung der Ergebnisse. Geeignete Ansätze werden in ANSYS-CFX implementiert und mit GraVent-Versuchsanlage gewonnen Validierungsdaten verglichen. Abschließend wird die Gittersensitivität der Modellierung überprüft. Experimentelle Arbeiten: Um für die numerische Modellierung von magerer Wasserstoffverbrennung Validierungsdaten zu generieren, sollen Versuche an der GraVent-Versuchsanlage des Antragsstellers durchgeführt werden. Hierfür wird zunächst die optische Zugänglichkeit der Anlage verbessert, sodass OH PLIF Messungen in variablen Ebenen der Kanalquerrichtung erfolgen können. Diese Messungen bieten Einblick in die Dynamik von Flammenfronten in mageren Wasserstoff-Luft Gemischen.
Das Projekt "Modellierung und Simulation von Übergangsprozessen in geneigten dünnen Rohrleitungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Zur Messung des Druckes, Differenzdruckes, des Durchflusses (mit Wirkdruckgebern) und des hydrostatischen Füllstandes sind dünne Messleitungen zur Anbindung der Druckmessumformer notwendig. Zur fehlerfreien Messung müssen in den Messleitungen bekannte und eindeutige Prozesszustände vorliegen. Eine theoretische und experimentelle Analyse der Phasengrenzflächenausbildung in dünnen Rohrleitungen und an den Einbindungen der Rohrleitungen, des Wärme- und Stoffaustausches an der Phasengrenzfläche sind gegenwärtig unzureichend abgedeckt. Die Zielstellung des Vorhabens besteht in der experimentellen und theoretischen Beschreibung der physikalischen Wechselwirkung in dünnen Rohrleitungen, Entwicklung und Implementierung von Modellen in den CFD-Code zur Beschreibung der Einzeleffekte und zur Nachbildung des Gesamtsystems sowie Validierung des Codes hinsichtlich der Einflussparameter. Die Bearbeitung des Vorhabens umfasst experimentelle und theoretische Arbeiten. Die experimentellen Arbeiten beinhalten den Aufbau und Instrumentierung eines Versuchstandes mit dem Versuchfluid Wasser/Dampf sowie die Durchführung von experimentellen Untersuchungen. Die theoretischen/methodischen Arbeiten umfassen die Analyse der theoretischen Ansätze und Modelle zur ein- und mehrdimensionalen Strömungsbeschreibung in dünnen Rohrleitungen, sowie die Integration der entwickelten Modelle in ANSYS CFX. Die Experimente dienen zur Validierung der Modelle in CFX.
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