Das Projekt "Modellierung des Post-Dryout-Wärmeübergangs und der Wiederbenetzung an Brennstäben unter SWR- und DWR- relevanten Bedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Fusionstechnologie und Reaktortechnik (IFRT), Bereich Innovative Reaktorsysteme durchgeführt. Für die Sicherheitsanalyse eines Leichtwasserreaktors spielt der Wärmeübergang vom Brennstab auf das Kühlmedium nach der Siedekrise (Post-Dryout, PDO) eine wichtige Rolle. Der Post-Dryout-Wärmeübergang bestimmt u.a. das Versagen des Hüllrohres. Eine Vielzahl von empirischen Modellen zur Beschreibung des PDO-Wärmeübergangs, die in Sicherheitsanalyseprogrammen verwendet werden, weichen jedoch teils erheblich voneinander ab. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Verbesserung und/oder die Entwicklung der Modellierung des PDO-Wärmeübergangs und der Wiederbenetzung. Dafür muss eine grundlegende experimentelle Datenbasis für die Weiterentwicklung und Validierung vorhandener und/oder neuer Modelle erweitert werden. Neue Temperaturmesstechnik und Visualisierungstechnik ermöglichen die Erfassung des thermischen Ungleichgewichts sowie die Visualisierung des Strömungsmusters und somit ein verbessertes Verständnis der physikalischen Vorgänge des PDO-Wärmeübergangs und der Wiederbenetzung.
Die Aufgaben innerhalb des Vorhabens sind: Experimentelle Ermittlung des thermischen Ungleichgewichts, des Strömungsmusters und des Wärmeübergangskoeffizienten im PDO-Bereich und der Wiederbenetzung im stationären Zustand und mit Transienten. Durch optische Visualisierungstechnik werden physikalische und für PDO-Wärmeübergang und Wiederbenetzung relevante Vorgänge erkannt. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für die Entwicklung neuer Modelle. Im theoretischen Teil werden Modelle zur Beschreibung des PDO-Wärmeübergangs und der Wiederbenetzung erstellt sowie Skalierungsmodelle entwickelt, mit deren Hilfe die Ergebnisse von Freon R-134a auf Wasser übertragen werden können.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Zielsetzungen: 1) Experimentelle Untersuchungen zum PDO-Wärmeübergang und der Wiederbenetzung unter stationären und transienten Bedingungen mit Schwerpunkt auf Phasenverteilung, Flüssigkeitstropfentransport und Dampftemperatur 2) Modellentwicklung für den PDO Wärmeübergang, die Wiederbenetzung und der Fluid-zu-Fluid Umrechnung unter Beachtung des thermischen Ungleichgewichts und des Strömungsmusters mit anschließender Validierung 3) Entwicklung eines Wiederbenetzungsmodells für prototypische Brennstäbe.
Das Projekt "Vorprojekt zur Modellierung des PDO-Wärmeübergangs und der Wiederbenetzung an Brennstäben unter SWR- und DWR-relevanten Bedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Fusionstechnologie und Reaktortechnik (IFRT), Bereich Innovative Reaktorsysteme durchgeführt. Für die Sicherheitsanalyse eines Leichtwasserreaktors spielt der Wärmeübergang vom Brennstab auf das Kühlmedium nach der Siedekrise (englisch: Post-Dryout (PDO)) eine wichtige Rolle, da es die maximale Hüllrohrtemperatur, den Zeitpunkt der Wiederbenetzung und damit die Wahrscheinlichkeit eines Versagens des Hüllrohres bestimmt. Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens ist die verbesserte Modellierung des Post-Dryout-Wärmeübergangs und der Wiederbenetzung. Durch das Vorhaben werden erstens Modelle zur verbesserten Beschreibung des Post-Dryout-Wärmeübergangs und der Wiederbenetzung entwickelt, zweitens eine Methode zur Skalierung der Versuchsergebnisse aus unterschiedlichen Fluiden vorgeschlagen und drittens eine experimentelle Datenbasis zur Validierung von Modellen und zum Verständnis der physikalischen Vorgänge aufgebaut. Die wesentliche Zielsetzung des Vorprojekts ist die Machbarkeitsstudie und Vorbereitung des Hauptprojekts. Das Vorprojekt besteht aus drei Aufgaben: (1) Die Ausarbeitung des neuesten Wissensstands mit Identifikation der modellentscheidenden Parameter und Kennzahlen; Ausarbeitung eines konkreten Arbeitsprogramms, insbesondere unter Berücksichtigung transienter Szenarien des Kernreaktors (2) Detaillierte Planung der experimentellen Untersuchungen, darunter des Versuchsaufbaus und der Messinstrumentierung, um notwendige Parameter und wichtige physikalische Vorgänge zu erfassen (3) Vorläufiger Nachweis über die Machbarkeit der Skalierung von Versuchsergebnissen aus unterschiedlichen Fluiden. Aus diesem einjährigen Vorprojekt ergeben sich drei Meilensteine (siehe auch ausführliche Projektbeschreibung): (MS1) Ausarbeitung konkretes Arbeitsprogramm (MS2) Auslegung einer Teststrecke mit Messinstrumentierung (MS3) Nachweis der Machbarkeit der Skalierung von Versuchsergebnissen aus unterschiedlichen Fluiden.