Im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls (KMV) hat durch Korrosion im Kühlmittel freigesetztes Zink das Potenzial, bis in den Reaktorkern zu gelangen und sich in den Heißkanälen in feste Korrosionsprodukte umzuwandeln. Generische Experimente wiesen u.a. eine mögliche Gefährdung der Nachwärmeabfuhr durch diese Produkte nach, welche sich zum Teil schichtbildend an Heißstellen anlagern. Im geplanten Vorhaben wird diese Problematik im Sinne sicherheitsrelevanter Fragestellungen auf in einer realen Druckwasserreaktor-Anlage (DWR) anzunehmende Leckgrößen und Nachkühlbedingungen sowie damit verbundene thermohydraulische Randbedingungen im Sicherheitsbehälter (SHB) und Reaktorkern bezogen. Hierfür sind einerseits aus den Erfahrungen vorhandener analytischer und experimenteller Untersuchungen bezüglich KMV in DWR und andererseits durch ergänzende thermohydraulische Simulationsrechnungen solche Zustände und Bedingungen abgrenzend zu ermitteln, bei der eine mögliche Gefährdung der Kernkühlung aus Sicht vorhandener Erkenntnisse zu den physikochemischen Effekten eintreten könnte. Die quantitative Analyse der Versuchsdaten zum zeitlichen Ablauf des Quelle-Senke-Mechanismus der Zinkkorrosion und der Umwandlung des gelösten Zinks in feste Produkte unter realen Störfallbedingungen stellt dabei auf Grund der Komplexität und der gegebenen Rückwirkungen eine Herausforderung dar. Die Arbeiten werden in Kooperation der Hochschule Zittau/Görlitz und der TU Dresden über eine Projektlaufzeit von 36 Monaten realisiert. Es werden jährliche Workshops zum aktuellen Projektstand durchgeführt. Das Vorhaben wird von einer Monitoring Group, bestehend aus Repräsentanten der Forschungsbetreuung des Projektträgers, Gutachtern, Herstellern und Anlagenbetreibern fachlich begleitet und ist in die nukleare Sicherheitsforschung eingeordnet.
Im vorliegenden Projekt sollen Gerinneströmungen mit CFD (= Computational Fluid Dynamics) Simulationen detailliert untersucht, modelliert und anhand von experimentellen Daten aus der THAI Versuchsreihe validiert werden. Hintergrund ist der Abwasch von radioaktiven Aerosolpartikeln von Wänden und Oberflächen im Sicherheitsbehälter eines Leichtwasserreaktors während eines Störfalles. Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines CFD-Modells zur Beschreibung des Wandfilms, der Transition des Films in eine diskrete Anzahl von Strähnen, sowie deren Bewegungsdynamik. Die durchgeführten numerischen Experimente sollen aber auch zur Vertiefung des physikalischen Verständnisses führen und so die Möglichkeit einer verbesserten semi-empirischen Modellierung eröffnen. Die sich aus den Untersuchungen ergebenden Fließgeschwindigkeiten und Wandbenetzungen sind ein entscheidender Parameter zur Anwendung bestehender Erosionsmodelle. Der Erosionsprozess selbst soll nicht detailliert untersucht werden, sondern wird letztendlich über empirische Formeln des Sedimenttransports beschrieben. Die Erstellung eines Modells zum Ablaufverhalten von Flüssigkeiten auf geneigten Flächen gliedert sich in mehrere Arbeitsschritte. Zunächst werden einfache Konfigurationen eines Wandfilms und dessen Übergang in Strähnen simuliert und die Simulationsdaten mit theoretischen Vorhersagen und existierenden experimentellen Daten verglichen. Verschiedene Kontaktwinkelmodelle, u.a. dynamische Kontaktwinkelmodelle, werden untersucht und ggf. implementiert und deren Einfluss auf die Berechnungsergebnisse der vorliegenden Konfiguration bewertet. Um die Einflussgrößen des Transitionsprozesses zu untersuchen wird die Simulation als numerisches Experiment eingesetzt um u.a. Abhängigkeiten von der mittleren Wasserbeladung, dem Kontaktwinkel, der Neigung der Oberfläche oder Störungen der initialen Wellenfront zu untersuchen. Die Lebensdauer und Bahn einmal geformter Gerinne soll durch Variation der Einstromrandbedingungen analysiert werden. Weiter soll geklärt werden ob und wie randome Kontaktwinkelinhomogenitäten mit unterschiedlichen Längenskalen die Form der Gerinneströmung beeinflussen. Alle erzielten Ergebnisse werden in einem semi-empirischen Modell, das in bestehende Simulationscodes integriert werden kann, zusammengefasst, begleitet von einem ausführlichen Bericht.