Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung von CFD-Modellen zur Berechnung der kritischen Wärmestromdichte mit dem Euler/Euler-Ansatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, AREVA-Stiftungsprofessur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik durchgeführt. Für die Reaktorsicherheitsforschung ist die präzise Vorhersage des Auftretens bzw. der Vermeidung der Siedekrise von höchster Relevanz. Da die übliche CHF-Berechnung mittels Systemcodes völlig auf nicht allgemein gültigen Korrelationen beruht, wäre es ein großer Gewinn, wenn dies mit CFD-Methoden gelänge. Daher sollen im Rahmen dieses Verbundvorhabens CFD-Modelle für Siedevorgänge entwickelt und mit Hilfe der Implementierung in einen Code verifiziert und validiert werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Übergang vom Blasensieden zum Filmsieden, an dem sich die physikalischen Verhältnisse in Bezug auf die Wärmeübertragung grundlegend ändern. Als Anwendungen werden Siedevorgänge im Brennelementbündel betrachtet, da die unter bestimmten Störfallbedingungen eintretende Siedekrise für die Reaktorsicherheitsforschung relevanteste Situation darstellt. Speziell im Rahmen dieses Teilvorhabens soll ein verbessertes mechanistisches Wandsiedemodell erarbeitet und das GENTOP-Konzept im Rahmen der Euler/Euler-Strömungsberechnung für die Zweiphasenströmung im Unterkanal weiterentwickelt werden. Durch hochauflösend instrumentierte Einzelexperimente erfolgt eine experimentelle Validierung. Die Zielstellung des avisierten Vorhabens besteht in der Entwicklung von verbesserten CFD-Berechnungsmethoden für Strömungssieden bis zum CHF. Dies wird im Teilvorhaben durch folgende Arbeitsschritte erreicht: Modellierung: 1) numerische Modellierung der lokalen Dampfüberhitzung, 2) Erweiterung des Wandsiedemodells in Richtung kritischer Wärmestrom, 3) Modellierung von Blasenkoaleszenz und Blasenfragmentation, 4) Modellierung des Übergangs zur Großblasenbildung mittels GENTOP-Ansatz, 5) Modellvalidierung. Experiment: 1) Erweiterung einer Kältemittelversuchsanlage für CHF-Studien, 2) Weiterentwicklung der Messtechnik, 3) Experimentelle Studien mit Kältemittel, 4) Aufbau eines Wasser/Dampf-Versuchs, 5) Durchführung von Vergleichsexperimenten mit Wasser/Dampf.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung, Implementierung und Validierung von mathematischen Modellen zur Berechnung der kritischen Wärmestromdichte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ANSYS Germany GmbH durchgeführt. Das Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung und langfristige Bereitstellung von Software zur Simulation von Siedevorgängen, wie sie in Brennelementbündeln von Kernreaktoren auftreten. Es soll der ganze Bereich von der konvektiven Wärmeübertragung über das Blasensieden bis hin zum Filmsieden (Critical Heat Flux - CHF) betrachtet werden. Der Schwerpunkt der Arbeiten dieses Teilantrags liegt auf der mathematisch-physikalischen Modellierung und der Bereitstellung eines industriell einsetzbaren Rechenverfahrens zur Simulation von CHF-Phänomenen auf Basis von ANSYS CFD. Ausgehend von einem in ANSYS CFD verfügbaren Grundmodell soll von den Projektpartnern im geplanten Verbundvorhaben ein auf mechanistischen Vorstellungen basierendes Modell mit höherer Genauigkeit und Allgemeingültigkeit zur Berechnung von Filmsieden und CHF entwickelt und über die Laufzeit des Projekts verbessert werden. Ein spezielles Ziel des Teilvorhabens von ANSYS Germany ist, die Modelle für gegebene Einsatzbedingungen, Genauigkeitsanforderungen und Rechenkapazitäten (Rechenzeit, Speicherplatz und Datenmengen) numerisch robust und industriell einsetzbar zu implementieren und für sicherheitsrelevante Anwendungen zu verifizieren und zu validieren. Im geplanten Vorhaben werden Modelle zum Einsatz kommen, die auf dem phasengemittelten Euler-Euler-Kontinuumsansatz beruhen. Das Vorhaben umfasst die folgenden Arbeitspakete (siehe ausführliche Beschreibung des Projekts in der Anlage): Entwicklung eines numerischen Verfahrens zur numerischen Auflösung des wandnahen Bereichs in Verbindung mit dem Siedemodell; Verallgemeinerung und Kalibrierung des in ANSYS CFD implementierten Siedemodells; Implementierung und Test des von den Projektpartnern entwickelten mechanistischen Siedemodells in ANSYS CFD; Optimierung des Multiple Size Group-Modells für hohe Dampfgehalte bis zum CHF; Erweiterung des GENTOP-Modells; Vergleich der verschiedenen Ansätze.