Das Projekt "Teilprojekt: Verhalten der Dampfphase beim Strömungssieden im Bereich der kritischen Wärmestromdichte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Der übergeordnete Verbund verfolgt das Ziel, die Vorhersage der kritischen Wärmestromdichte mit CFD-Methoden zu verbessern. In diesem Zusammenhang besteht das erste Ziel des Vorhabens in der Aufklärung der Relevanz instationärer Effekte für das Auftreten der Siedekrise und ggfls. deren Modellierung in einer für stationäre CFD-Berechnungen kompatiblen Weise. Das zweite Teilziel ist, die bisher üblichen, das Berechnungsergebnis präjudizierten Annahmen durch besser fundierte Vorstellungen zu ersetzen. Im experimentellen Teil des Arbeitsprogramms ist eine bestehende Versuchsanlage auf die neuen Fragestellungen anzupassen und zu erweitern. In der ersten Phase ist das Verhalten der Dampfphase sowie die Geschwindigkeitsfelder im quadratischen Kanal mit wandbündigem Heizer sind zu erfassen und zu analysieren. Danach wird das Verhalten der Dampfphase im Kanal mit Einzelstab untersucht und es werden für die Konfiguration die kritischen Wärmestromdichten gemessen. Die numerischen Untersuchungen beginnen mit der Untersuchung der Instabilität der Phasengrenzfläche. Danach wird das Modell zuerst um Verdampfung und Kondensation und dann um den variablem Dampfgehalt erweitert, um schließlich die periodischen Strukturen in der Nähe der Siedekriese auch numerisch zu studieren. Im Verbund soll ein mechanistisches Siedemodells entwickelt werden, das auf der Basis der experimentell und numerisch gewonnenen Erkenntnisse im Verlauf des Vorhabens verbessert wird.
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: Einfluss von Turbulenz und Sekundärströmungen auf das unterkühlte Strömungssieden in reaktortypischen Konfigurationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Das Vorhaben verfolgt das Ziel, das Wissen zum Strömungseinfluss auf den Wärmeübergang von Brennelementen in das Arbeitsfluid (Druckwasserreaktoren) anhand von Modellversuchen zu verbessern und so sowohl zur Erhöhung der Sicherheit als auch zur Technischen Verbesserung beizutragen. Als Nebeneffekt wird der Kompetenterhalt und -aufbau in der Kerntechnik hinsichtlich wichtiger Sicherheitfragen nuklearer Technologien unterstützt. Die Beiträge des Vorhaben gliedern sich in einen kleineren Teil, der sich mit der Bereitstellung von Daten und Algorithmen beschäftigt sowie in den eigentlichen Kern des Vorhabens, die experimentellen Untersuchungen. Für letzteren Teil wird eine Siedeanlage aufgebaut, die mit einem Kältenmittel betrieben wird und welche reaktortypische Fälle abstrahiert nachbildet. Mit dieser Anlage wird das unterkühlte Sieden im gesamten Bereich zwischen dem Einsetzen und der Siedekrise untersucht, wobei sowohl Sonden als auch optische und holographische Verfahren eingesetzt werden sollen. In diesem Zusammenhang werden messtechnische Erweiterung durchzuführen sein. Dabei soll einerseits gezeigt werden, wie die Freistromturbulenz und die Sekundärströmungen den Soedevorgang beeinflussen und andererseits sollen Daten gewonnen werden, die in anderen Teilprojekten als Validierungsdaten genutzt werden können. Die Egebnisverwertung erfolgt wie in der Antragsskizze zum Verbundprojekt (Seite 27) beschrieben. Wichtige Aspekte sind die Ausbildung von Doktoranden und Studenten, die Bereitstellung von mathematisch-physikalischen Daten und Beziehungen für Verbesserung von Sicherheitsanalysen und für die Validierung von CFD-Codes sowie die Stärkung und die Erweiterung eines zukunftsfähigen Netzwerks im Bereich nuklearer Sicherheitsthemen.