Kondensationsversuchsanlage zur Bestimmung der Wärmeübergänge bei Wasser-/dampfströmung in Anwesenheit von Inertgasen

Im Falle eines Lecks im Primärkreislauf eines Kernreaktors können bei der Notkühleinspeisung aus meist stickstoffbeaufschlagten Druckbehältern Inertgasmengen freigesetzt werden, die den Wärmeübergang zwischen Fluid und Dampf entscheidend beeinflussen. Bei kleinen Dampfgeschwindigkeiten kann es bereits bei geringen Inertgasmengen zum fast vollständigen Erliegen der Wärmeübertragung zwischen Dampf und Kühlwasser kommen. Durch die unzureichende Aufwärmung des Wassers ist das Auftreten von thermischen Spannungen an der Druckbehälterwand möglich. Um diese unerwünschten Effekte abschätzen zu können, ist die genaue Kenntnis der Wärmeübertragungsmechanismen notwendig. Um den lokalen Wärmeübergang bei horizontaler geschichteter Wasser-/Dampfströmung in Abhängigkeit von Inertgaskonzentration, Dampfgeschwindigkeit und Systemdruck experimentell bestimmen zu können, werden an der Kondensationsversuchsanlage des Lehrstuhls Versuche durchgeführt. Abbildung 1a zeigt schematisch den Aufbau der Versuchsanlage. Durch den Dampfumformer kann der Systemdruck von 2-20 bar und der Dampfmassenstrom von 50-500 kg/h variiert werden. Der ‚reale‘ Versuchsaufbau ist in Abbildung 1b ersichtlich.

Abbildung 1a: Schema der Kondensationsversuchsanlage

Abbildung 1b: Kondensationsversuchsanlage

Die zur Berechnung der Wärmeübergänge notwendigen Größen werden sowohl konventionell (Thermoelemente, Massendurchflußmesser, etc.) als auch mit Hilfe der linearen Ramanspektroskopie (Lasermeßtechnik) bestimmt.

Erste Versuche zeigen, daß sich abhängig von den Systemparametern über der Wasseroberfläche Nebel aufgrund von spontaner Kondensation bilden kann, der den Wärmeübergang fast vollständig zum Erliegen bringt. In Abbildung 2a-2c erkennt man den optischen Zugang für die Lasermessungen mit unterschiedlichen Nebeldichten an der Wasseroberfläche abgebildet.