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.
Das Vorhaben befasst sich mit der Validierung und Analyse ausgewählter Modelle des Störfallanalysecodes COCOSYS. Zur ganzheitlichen Analyse des Codes werden verschiedene Phänomene aus dem 'Ex-Vessel'-Bereich betrachtet, die Schmelze-Beton-Wechselwirkungen und atmosphärische Effekte berücksichtigen sowie Resuspensions-Phänomene. Aus den Analysen und Validierungsarbeiten werden die Gültigkeit der Modelle bestimmt und deren Handhabbarkeit für einen externen Nutzer bewertet. Das Projekt beginnt mit Analysen der Modelle zur Simulation der Wechselwirkungen zwischen Schmelze und Beton und der Spaltproduktfreisetzung sowie mit der Untersuchung der atmosphärischen Mischungseffekte. Hierbei können die Untersuchungsergebnisse mit dem Integralcode ASTEC verglichen werden. Weiterführend ist die Simulation von Resuspensions/Re-Entrainment-Phänomenen im Fokus des Projekts. Ergänzend werden Simulationen relevanter Versuche durchgeführt und es wird an Benchmarkrechnungen teilgenommen.