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Externe Validierung und Analyse ausgewählter Modelle der Störfallanalysecodes ASTEC, ATHLET und ATHLET-CD

Ziel des Vorhabens ist die externe Validierung und Analyse der drei Störfallanalysecodes ATHLET (Analysis of Thermal-hydraulics of Leaks and Transients), ATHLET-CD (Analysis of Thermal-hydraulics of Leaks and Transients - Core Degradation) und ASTEC (Accident Source Term Evolution Code) hinsichtlich der Modellierung ausgewählter Phänomene. Aus den Analysen und Validierungsarbeiten werden die Gültigkeit der Modelle analysiert und bewertet, sowie durch die Anwendung dreier Codes in einen vergleichbaren Kontext gestellt. Mit ATHLET sollen Druckstöße, wie sie z.B. beim schnellen Schließen von Ventilen in Leitungen auftreten könnten, untersucht werden. ATHLET-CD und ASTEC bieten die Möglichkeit Kernzerstörungsphänomene zu simulieren. Hier soll mit ATHLET-CD die Kernzerstörung in Druckwasserreaktoren (DWR), mit ASTEC in Siedewasserreaktoren (SWR), anhand geeigneter Experimente oder Unfälle analysiert und bewertet werden. Von besonderem Interesse sind dabei das Oxidationsverhalten der Brennstäbe, die einsetzende strukturelle Zerstörung, auch hinsichtlich der Verlagerung, sowie das Verhalten während des Wiederflutens (teilweiser) zerstörter Strukturen. Vergleichsrechnungen zwischen ASTEC und ATHLET-CD zur Abbildung SWR-typischer Phänomene unterstützen die Analyse der ASTEC-Modellbasis. Zudem wird an Benchmarkrechnungen teilgenommen und es werden Simulationen aktueller Versuche durchgeführt.

Passive Lagerbeckenkühlung durch Wärmerohre - Verbesserung und Validierung numerischer Modelle

Entwicklung und Validierung von Rechenmethoden zur Simulation von 2-Phasenströmungen und kritischen Wärmeströmen

Das Ziel dieses Vorhabens ist die Weiterentwicklung und Validierung von Modellen der 2-Phasenströmung sowie von Modellen des Blasensiedens und des Filmsiedens im CFD-Code OpenFOAM. Diese Arbeiten stellen eine Ausweitung der derzeit laufenden Arbeiten in dem Vorhaben RS1506 dar. Zusätzlich sollen die vorhandenen Korrelationen im Systemcode ATHLET zur Berechnung des kritischen Wärmestroms anhand von neuen Experimenten überprüft und gegebenenfalls verbessert werden. Das Gesamtziel umfasst somit die folgenden Eckpunkte: Validierung und Verbesserung der Korrelationen zur Berechnung des kritischen Wärmestroms im Systemcode ATHLET, Implementierung und Validierung von Modellen zum Wandsieden und zur 2-Phasenströmung im CFD-Code OpenFOAM, Mitarbeit bei der Entwicklung eines neuen CFD-tauglichen Modells für das Filmsieden, Implementierung und Analyse des neuen Modells im CFD-Code OpenFOAM. Das Vorhaben soll in enger Zusammenarbeit mit dem BMWi-Verbundvorhaben 'CFD-Methoden zur Berechnung der kritischen Wärmestromdichte' ablaufen. Der Arbeitsplan orientiert sich stark an dem im Rahmentext vorgegebenen zeitlichen Ablauf des Verbundprojektes. Die erste Stufe der Arbeiten zu CFD beinhaltet die Ertüchtigung des CFD-Codes OpenFOAM für die Simulation des Wandsiedens im 2-Phasenbereich. Aufbauend auf diesen Modellen erfolgt anschließend der Einbau und die Validierung des mechanistischen Siedemodells. Die geplanten Arbeiten zum Systemcode ATHLET finden parallel zu den Arbeiten an OpenFOAM statt. Hier werden direkt neue Korrelationen für die Berechnung des kritischen Wärmestroms implementiert und getestet. Die Verbindung zum Verbundprojekt ergibt durch die vergleichenden Rechnungen der im Verbund durchzuführenden Experimente.

Weiterentwicklung thermohydraulischer Rechenprogramme für innovative Reaktorkonzepte im Rahmen des EU-Projekts THINS

Verbesserung der Wärmeübergangsmodellierung in ATHLET für Sicherheitsanalysen des mit überkritischem Wasser gekühlten Reaktors

In den zukünftigen nuklearen Systemen soll überkritisches Wasser häufig als Kühlmittel des Reaktorkerns oder als Arbeitsfluid im Energieumwandlungssystem verwendet werden. Die Voraussetzung für die sichere Auslegung eines mit überkritischem Wasser gekühlten Systems ist die zuverlässige Vorhersage des Wärmeübergangs. Das Ziel ist daher die Entwicklung eines neuen Modells zur Vorhersage des Wärmeübergangs in überkritischem Wasser für einen abdeckenden Parameterbereich. Das Modell wird dann in das thermohydraulische Systemprogramm (STH Programm) ATHLET implementiert und anhand experimenteller Ergebnisse des transienten Verhaltens eines mit überkritischem Wasser gekühlten Systems validiert. Die wesentlichen wissenschaftlichen Zielsetzungen sind: (1) Erweiterung der experimentellen Datenbank mit Hilfe von Partnern und Literatur; (2) Entwicklung eines neuen Wärmeübergangsmodells in überkritischem Wasser; (3) Modifizierung und Bewertung des STH Programms ATHLET A1: Eine ausführliche Literaturstudie wird durchgeführt zu (1) experimentellen Untersuchungen, zu (2) Wärmeübergangsmodellen und zum (3) Status der Anwendbarkeit von STH Programmen auf Systeme mit überkritischen Fluiden. (s Anlage I.2) A2: Entwicklung eines neuen Wärmeübergangmodells. Durch mechanistische Analyse physikalischer Vorgänge, systematischer Analyse des Parametereffekts und mit Hilfe von CFD Analysen werden wichtige Einflussparameter und dimensionslose Kennzahlen identifiziert. Mit diesen Parametern und mit Hilfe der aufgestellten Datenbank wird ein neues Modell für kreisförmige Rohre entwickelt. Mittels Korrekturfaktoren wird dieses Modell für Ringspalt- oder Stabbündelgeometrien angepasst. Die jeweiligen Modelle werden dann anhand der Datenbank bewertet. A3: Modifikation und Validierung des STH Programms ATHLET. In Zusammenarbeit mit der GRS wird das neu entwickelte Modell des Wärmeübergangs in das STH Programm ATHLET implementiert und anschließend durch Vergleich mit experimentellen Daten validiert.

Integrierte Strömungsberechnungen im Rahmen des EU-Projekts NURISP

Validierung des Rechenprogrammsystems ATHLET/ATHLET-CD

Ziel des Vorhabens ist die Validierung der Rechenprogramme ATHLET und ATHLET-CD anhand von Ergebnissen aus nationalen und internationalen Einzeleffekt- und Integralexperimenten. Dieses Validierungsvorhaben laeuft parallel zu den Entwicklungsvorhaben fuer ATHLET (RS 1074) und ATHLET-CD (RS 1081).

Untersuchungen zur Weiterentwicklung und Verifikation von ATHLET zur Analyse von WWER-Anlagen - Wissenschaftlich-technische Zusammenarbeit (WTZ) der Bundesrepublik Deutschland und Ungarn

Adaption, Ueberpruefung und Anwendung geeigneter thermodynamischer und neutronenkinetischer Berechnungsmethoden und Einarbeitung von Anwendern aus Ungarn mit dem Ziel, einen Beitrag zur Verbesserung von Analysemethoden fuer WWER-Reaktoren zu leisten. In den geplanten Arbeiten angestrebte Ziele sind die weitere Verifikation von ATHLET anhand der Nachrechnung von Experimenten an der ungarischen Versuchsanlage PMK, die Kopplung von ATHLET mit dem ungarischen 3D-Kernmodell KIKO3D und die Durchfuehrung einer Unsicherheitsanalyse fuer ein Experiment zu einem Kuehlmittelverluststoerfall. Die bisherigen Ergebnisse der Kopplung von ATHLET und KIKO3D sind die Durchfuehrung folgender Rechnungen: - Stationaere Rechnungen mit thermofluiddynamischen Kernmodellen mit 7 und 59 Kernkanaelen - Auswurf eines Steuerstabes (2 Faelle) - Ausfahren einer Steuerstabbank - Nachrechnung der Transiente 'Ausfall einer Hauptkuehlmittelpumpe im KKW Paks'. Die stationaeren Rechnungen mit 7 bzw 59 Kernkanaelen zeigten im Vergleich zur 'stand-alone' Rechnung mit KIKO3D eine hoehere Genauigkeit, wobei der Einfluss der groesseren Anzahl von Kernkanaelen relativ gering ist. Die Analyse zum Auswurf bzw. dem Ausfahren von Regelorganen zeigten plausible Ergebnisse. Die Analyse zum Ausfall einer Hauptkuehlmittelpumpe im KKW Paks lieferte im Vergleich zur ATHLET-Rechnung mit dem neutronenkinetischen Punktmodell eine wesentlich bessere Uebereinstimmung mit den Messwerten.

Untersuchungen zur Weiterentwicklung und Validierung von ATHLET mit gekoppelter 3-D Neutronenkinetik zur Analyse von WWER-Anlagen - WTZ mit der Ukraine

Theoretische und experimentelle Untersuchungen des Naturumlaufverhaltens an Versuchsanlagen fuer Reaktoren vom Typ WWER unter Leckstoerfallbedingungen

Das Forschungsvorhaben zielt auf die Untersuchung des thermohydraulischen Verhaltens von WWER-Reaktoren bzw. Versuchsanlagen fuer Reaktoren vom Typ WWER unter den Bedingungen eines Leckstoerfalls im Primaerkreislauf. Unter diesen Bedingungen wird das Verhalten der Anlage durch konstruktive Besonderheiten gepraegt, welche z.T. erheblich von westlichen Reaktorkonzepten abweichen. Experimentelle Untersuchungen wurden unter Beteiligung des FZR an der ungarischen Versuchsanlage PMK-2 fuer verschiedene Stoerfallszenarien durchgefuehrt, die experimentelle Datenbasis dient hierbei der Validierung thermohydraulischer Systemcodes (ATHLET, RELAP). Die theoretischen Analysen mit Hilfe von ATHLET ermoeglichen weitergehende Untersuchungen zu experimentell beobachteten Phaenomenen, so u.a. die physikalische Interpretation von Naturumlaufinstabilitaeten, welche die Waermeabfuhr aus dem Reaktorkern beeintraechtigen und somit die Sicherheit der Anlage gefaehrden koennen. Im Rahmen der Arbeiten konnten verschiedene Arten von Instabilitaeten klassifiziert, ihre Mechanismen aufgeklaert und die Moeglichkeit der theoretischen Modellierung mit ATHLET nachgewiesen werden.

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