Das Projekt "Teilprojekt C: Analyse und CFD-Modellentwicklung der Strömungszustände in ausdampfenden Brennelementen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf, Institut für Fluiddynamik durchgeführt. Das Gesamtprojekt zielt auf die Berechnung und Bewertung von Wärmetransportprozessen für teilweise bzw. vollständig ausgedampfte Brennelemente in einem Brennelemente-Nasslager. Für diesen Anwendungsfall wird der Modellansatz des porösen Körpers qualifiziert. Die Arbeiten basieren auf CFD-Simulationen des Brennelementes bei TUD-ISM sowie auf Messungen bei TUD-WKET. Mit Hilfe des Modells des gesamten Brennelement-Lagerbeckens werden verschiedene Beladungsoptionen und entsprechende Störfallszenarien analysiert. Schließlich werden Detailinformationen für die Anwendung von Lumped Parameter-Systemcodes ermittelt. Die Ziele betreffen im Einzelnen: 1. Analyse der durch TUD-WKET durchgeführten ADELA-Experimente und Ableitung von Störfallszenarien, 2. CFD-Modellierung eines Brennelements als poröser Körper (Turbulenz, Mehrphasenströmung), 3. Simulation eines kompletten Brennelement-Lagerbeckens. 4. Simulation verschiedener Beladungsoptionen sowie Analyse verschiedener Störfallszenarien und 5. Bestimmung von Schnittstellen für die Modellierung mit Lumped Parameter Codes.
Das Projekt "Teilprojekt A: Experimentelle und theoretische Untersuchung der Nachwärmeabfuhr von Brennelementen in ausdampfenden Nasslagern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik durchgeführt. Das Projekt soll gesicherte Kenntnisse über die Wärmetransportprozesse für den Fall eines langsam ausdampfenden bzw. vollständig ausgedampften Brennelement-Lagerbeckens sowohl innerhalb der Brennstabbündel von Brennelementen (BE) als auch in den Zwischenräumen zwischen den BE liefern, um damit die Entwicklung der axialen und radialen Stabtemperaturprofile bei unterschiedlichen Störfallszenarien prognostizieren zu können. Dafür soll ein Integralexperiment aufgebaut werden, welches die thermohydraulischen Vorgänge in einem repräsentativen Ausschnitt des BE-Lagerbeckens ganzheitlich umfasst. Aufbauend auf den Experimenten soll ein Lagerbecken-Modul für den Thermohydraulikcode ATHLET entwickelt werden. Anhand der Erfahrungen von WKET Aufbau eines Integralexperiments, welches die originalen Randbedingungen eines BE in axialer und radialer Richtung in einer 1:1-Skalierung abbildet. Somit ist von ca. 140 Heizstäben mit einer beheizten Länge von etwa 3,8m auszugehen. Mit ca. 200 Thermoelementen wird eine dichte Instrumentierung zur Bestimmung des Temperaturfeldes und Quantifizierung der Wärmeverluste erreicht. Der radiale Energieverlust ist durch Zusatzheizungen sowie Wärmeisolierung inklusive Strahlungsschirm weitgehend zu begrenzen. Die experimentellen Daten bilden die Grundlage für Modellentwicklung und Simulationen bei den Projektpartnern und die eigene Entwicklung und Validierung des ATHLET-Moduls zur Simulation des BE-Lagerbeckens.
Das Projekt "Teilprojekt E: Ortsaufgelöste Temperatur- und Gasphasengeschwindigkeitsmessung zur Analyse der Strömungszustände in ausdampfenden Brennelementen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, AREVA-Stiftungsprofessur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik durchgeführt. Das Forschungsvorhaben zielt auf die Berechnung und Bewertung von Wärmetransportprozessen für teilweise bzw. vollständig ausgedampfte Brennelemente in einem Brennelemente-Nasslager. Die Schwierigkeiten der Vermessung der Gasströmung und Gasphasentemperaturen in einem beheizten Stabbündel bestehen in der durch die hohen Temperaturen und verwendeten Konstruktionsmaterialien erschwerten messtechnischen Zugänglichkeit der Unterkanäle. Ziel des TUD-ASP-Beitrages ist es, geeignete Messverfahren für derartige Experimente zu selektieren bzw. selbst zu entwickeln und zu qualifizieren. Ausgewählte Messverfahren für Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit in der Gasphase sollen anschließend im beheizten Bündel des Integralversuchs bei TUD-WKET eingesetzt werden. Für die Datenauswertung aus Integralexperimenten werden entsprechende Analysealgorithmen entwickelt und Messdaten mit CFD-Simulationsergebnissen verglichen.
Das Projekt "Teilprojekt D: Dichtegetriebene vertikale Austauschbewegungen von Gasen in Stabbündelgeometrien und Untersuchungen zum radiales Strahlungsverhalten in ausgewählten beheizten Stabbündel-Konfigurationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Bearbeitungsstand/Ergebnisse: Auf experimenteller Seite wird die Projektarbeit der HSZG in zwei Phasen unterteilt: Einzeleffektexperimente mit Modellfluiden zur Analyse des Verhaltens gerichteter, isothermer Durchströmungen im DWR-Brennelement (BE)-Dummy und Einzeleffektexperimente mit Modellfluiden zur Analyse der Wechselwirkungen (Überström- und Austauschprozesse) zwischen dem oberen BE-Dummy-Bereich im Lagerbecken und dem darüber liegenden Raum sowie dessen Atmosphäre/Lüftung. Nach der Erstellung eines Versuchskonzept für den Versuchsstand DVABG ('Dichte getriebene Vertikale Austausch-Bewegungen von Gasen') mit DWR-BE-Dummy wurden die thermohydraulischen Auslegungsparameter für die einzusetzenden Modellgase bestimmt. Mit den Modellfluiden wurden erfolgreich gerichtet isotherme Durchströmungsversuche mit dem BE-Dummy vom Typ Focus 16x16-20 mit drei Abstandshaltern für turbulente und nicht turbulente Strömungsregime durchgeführt und modellierungsrelevante Parameter bestimmt. Für kleine Reynoldszahlen wurde mittels eines invasiven Messverfahrens (Staurohr) die lokale Strömungsgeschwindigkeit im Zentrum eines nicht von Steuerstabführungsrohren beeinflussten Kühlkanals zwischen den Brennstäben gemessen und spezifiziert. Im Rahmen der Erweiterung der Instrumentierung des DVABG werden mit dem HZDR auch die Entwicklung und der Einsatz neuer Messverfahren angestrebt.