Das Projekt "Einfluss der Fluideigenschaften auf den Waermeuebergang beim Blasensieden an Glattrohren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Paderborn, Laboratorium für Wärme- und Kältetechnik durchgeführt. Im Forschungsvorhaben wird der Einfluss der Fluideigenschaften auf den Waermeuebergangskoeffizienten beim Blasensieden von technisch wichtigen Fluessigkeiten aus unterschiedlichen Stoffgruppen bei drei Druecken zwischen ca. 3 Prozent und 20 Prozent des kritischen Druckes untersucht. Die Versuche werden in einer neu aufgebauten Siedeapparatur nach dem Prinzip der bewaehrten Standardapparatur fuer Waermeuebergangsmessungen beim Blasensieden durchgefuehrt, die im Vergleich zu den in mehreren deutschen Forschungsinstituten bereits vorhandenen Ausfuehrungen ein wesentlich geringeres Volumen des Versuchsstoffkreislaufs besitzt und dadurch mit weniger Versuchssubstanz auskommt sowie zu kuerzeren Versuchs- und Umruestzeiten fuehrt. Als Heizflaeche wird ein horizontales Glattrohr mit ca. 4 mm Durchmesser benutzt, dessen Oberflaeche nach den Vorschriften des Standardverfahrens geschmirgelt ist und eine mittlere Rauhigkeit im Bereich der technischen Herstellungsverfahren besitzt.
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 "Einfluss des Rohrdurchmessers und der Oberflaechenrauhigkeit auf den Waermeuebergang beim Blasensieden an Glatt- und Rippenrohren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Paderborn, Laboratorium für Wärme- und Kältetechnik durchgeführt. Es wird der Einfluss des Rohrdurchmessers und der Berippung auf den Waermeuebergangskoeffizienten beim Blasensieden in einem weiten Druckbereich (von ca. 0,3 Prozent bis 80 Prozent des kritischen Druckes) an 4 Glattrohren unterschiedlichen Durchmessers (4 bis 90 mm) und jeweils 2 Rippenrohren unterschiedlicher Rippengeometrie bei einem grossen und kleinen Durchmesser untersucht. Dabei wird durch Sandstrahlen sowohl auf den Glatt- als auch auf den Rippenrohren eine einheitliche Oberflaechenrauhigkeit erzeugt, die in drei Stufen mit Mittenrauhwerten zwischen 0,2 bis ueber 10 Mikrometer variiert wird, um einerseits den Einfluss des Durchmessers und der Berippung vom Oberflaecheneinfluss zu trennen und andrerseits die Kenntnisse zum Oberflaecheneinfluss zu vertiefen. Als Versuchsfluessigkeiten werden die ozonunschaedlichen Kohlenwasserstoffe Propan bei hohen Druecken und n-Hexan bei niedrigen Druecken vorgesehen.
Das Projekt "Teilprojekt: Experimentelle Ermittlung von kritischen Wärmestromdichten bei reaktortypischen Bedingungen als Validierungsdaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) durchgeführt. Das aus Anwendersicht relevante Ergebnis der Arbeiten ist ein Berechnungsverfahren auf der Basis von ANSYS-CFD für den ganzen technisch interessanten Bereich von der reinen konvektiven Wärmeübertragung, über das Blasensieden bis zur Siedekrise (CHF). Im Rahmen des Teilvorhabens untersucht KIT-U die Siedevorgänge und den Wärmeübergang am Hüllrohr unter reaktortypischen Bedingungen. Komplementär zu den Arbeitspaketen von TU-M und TU-D sollen hierdurch CHF-Daten für das Medium Wasser unter nicht skalierten, d.h. für die reale Anwendung relevanten Drücken, Temperaturen und Heizflächenbelastungen zur Überprüfung der CFD-Ergebnisse gewonnen werden. Im ersten Jahr des Vorhabens wird ein Detailkonzept der Teststrecke und der Instrumentierung erstellt und mit den anderen Projektpartnern abgestimmt. Basierend auf dieser Abstimmung wird dann die endgültige Geometrie der Messstrecke festgelegt. Im Zweiten Jahr wird die Messstrecke und die Sensorik hergestellt. In Zusammenarbeit mit TU-M sollen die bei TU-M bereits erprobten faseroptischen Sensoren zur zeitaufgelösten Messung des lokalen Dampfgehalts für die Verwendung in der Hochdruckanlage weiterentwickelt werden. Im dritten Jahr des Vorhabens werden Validierungsexperimente an zwei verschiedenen Rohrtypen durchgeführt und in eine Datenbank eingebracht.
Das Projekt "Entwicklung und Validierung von Rechenmethoden zur Simulation von 2-Phasenströmungen und kritischen Wärmeströmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH durchgeführt. 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.
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.
Das Projekt "Teilprojekt: Experimentelle Untersuchung von Siedevorgängen mit optischen Verfahren und Parameterbestimmung für CFD-Rechnungen an kleinskaligen Versuchsständen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Vorhabensziele sind experimentelle Untersuchungen zu Prozessen beim Sieden von unterkühlten Flüssigkeiten und beim Übergang vom Blasen- zum Filmsieden einschließlich der Bereitstellung einer Datenbasis zur Modellierung dieser Prozesse sowie eine exaktere Prozessmodellierung. Die Analysen befassen sich sowohl mit Phänomenen an Einzelblasen als auch mit Effekten an mehrdimensionalen Geometrien der Wärmeüberträgerfläche in Abhängigkeit differierender Randbedingungen. Der Arbeitsplan umfasst experimentelle Untersuchungen an existierenden Versuchsanlagen, die Entwicklung kleinskaliger Versuchsanlagen zu speziellen Teilaufgaben sowie theoretische Arbeiten. Schwerpunkt ist die Untersuchung von Entstehung, Wachstum und Abreißen von Einzelblasen in Abhängigkeit der Strömungsparameter, sowie die Untersuchung des Blasenaufstiegs. Weiterhin ist die gegenseitige Beeinflussung von Blasen untereinander und durch das Fluid zu analysieren. Die theoretischen Arbeiten umfassen sowohl Vorausrechnungen für die Versuchsanlagenauslegung und eine erste Versuchsauswertung mit CFX als auch die Ableitung von Datenkorrelationen und die Gewinnung zusätzlicher Informationen mittels Methoden des Soft Computing. Für den Einsatz der verschiedenen Kameras sind Algorithmen der Bildverarbeitung zu erstellen und validieren. Für die weitere Aufklärung der Siedevorgänge ist die Verwendung schneller 2-dimensionaler Bildgebung und tiefenauflösender optischer Kohärenztomographie in Zusammenarbeit mit der TUD beabsichtigt. Die Ergebnisse der experimentellen und theoretischen Untersuchungen (Versuchsstände 1 und 2, digitale Bildverarbeitung, Datenanalyse, Modellierung) werden in Zwischen- und Abschlussberichten sowie in halbjährlichen Doktorandenseminaren entsprechend der Meilensteinplanung dargelegt. Zwischen den Projektpartnern werden die Ergebnisse der experimentellen und methodischen Analysen ausgetauscht, um eine kontinuierliche Projektbearbeitung und einen erfolgreichen Projektabschluss sicherzustellen
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