Das Projekt "Teilprojekt: Verhalten der Dampfphase beim Strömungssieden im Bereich der kritischen Wärmestromdichte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Der übergeordnete Verbund verfolgt das Ziel, die Vorhersage der kritischen Wärmestromdichte mit CFD-Methoden zu verbessern. In diesem Zusammenhang besteht das erste Ziel des Vorhabens in der Aufklärung der Relevanz instationärer Effekte für das Auftreten der Siedekrise und ggfls. deren Modellierung in einer für stationäre CFD-Berechnungen kompatiblen Weise. Das zweite Teilziel ist, die bisher üblichen, das Berechnungsergebnis präjudizierten Annahmen durch besser fundierte Vorstellungen zu ersetzen. Im experimentellen Teil des Arbeitsprogramms ist eine bestehende Versuchsanlage auf die neuen Fragestellungen anzupassen und zu erweitern. In der ersten Phase ist das Verhalten der Dampfphase sowie die Geschwindigkeitsfelder im quadratischen Kanal mit wandbündigem Heizer sind zu erfassen und zu analysieren. Danach wird das Verhalten der Dampfphase im Kanal mit Einzelstab untersucht und es werden für die Konfiguration die kritischen Wärmestromdichten gemessen. Die numerischen Untersuchungen beginnen mit der Untersuchung der Instabilität der Phasengrenzfläche. Danach wird das Modell zuerst um Verdampfung und Kondensation und dann um den variablem Dampfgehalt erweitert, um schließlich die periodischen Strukturen in der Nähe der Siedekriese auch numerisch zu studieren. Im Verbund soll ein mechanistisches Siedemodells entwickelt werden, das auf der Basis der experimentell und numerisch gewonnenen Erkenntnisse im Verlauf des Vorhabens verbessert wird.
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: CFD-Modellentwicklung und Validierung für die 3-dimensionale Simulation von Siedevorgängen in Brennelementen von DWR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ANSYS Germany GmbH durchgeführt. 1. Vorhabensziel: Ziel des Vorhabens ist die Verbesserung der CFD-Modellierung von Siedevorgängen an beheizten Oberflächen in Brennelementen von Druckwasserreaktoren 2. Arbeitsplan: Zur Entwicklung und Validierung von Schließungsmodellen für Wandsiedeprozesse in der CFD-Simulation sind neuartige Experimente erforderlich. Die von den Partnern ausgeführten kleinskaligen und integrativen TOPFLOW-Experimente werden eingesetzt, um die CFD-Modelle für die numerische Simulation von Wandsiedeprozessen in Brennelementen von Druckwasserreaktoren zu verbessern. Schwerpunkt liegt hierbei auf der Kopplung von Wandsiedemodell und Wärmeleitung im Festkörper(CHT), der Kopplung des RPI-Wandsiedemodells mit Populationsbilanzmodellen, der Erweiterung des Wandwärmestrommodells im RPI-Wandsiedemodell sowie einer Verbesserung der CFD-Modellierung der Zwischenphasengrenzflächendichte und der wirkenden fluiddynamischen Kräfte zwischen beiden Phasen beim Übergang zwischen verschiedenen Strömungsregimen mit zunehmendem Dampfgehalt. Ein mit schneller Röntgentomographie ausgerüstetes Brennelement-Bündelexperiment an der TOPFLOW-Versuchsanlage des FZD wird schließlich die Validierung der CFD-Modelle in einer realitätsnahen Geometrie ermöglichen. 3. Ergebnisverwertung: Die angestrebten Siedemodelle und CFD-Simulationswerkzeuge zur Berechnung von Siedevorgängen in Brennstabbündeln von Druckwasserreaktoren werden maßgeblich zur weiteren Verbreitung von CFD als Werkzeug in der Entwicklung und Auslegung von Komponenten von Kernreaktoren ebnen. Darüber hinaus haben die zu entwickelnden Simulationsverfahren auch Bedeutung in anderen Industriezweigen, in denen verwandte Strömungsphänomene auftreten (Automobilindustrie, Stahlindustrie, Luft- und Raumfahrttechnik, Herstellung technischer Gase, Wasserstoff-Wirtschaft, Verfahrenstechnik, chemische Industrie) und in denen CFD-Simulationstechniken zunehmend eingesetzt werden.