CPC-HD

Physikalische Vorgänge des Wärmeübergangs nach der Siedekrise (Post-CHF) unter hohen Druckparametern

Motivation

In zukünftigen nuklearen Systemen kommen überkritische Fluide (Wasser, CO₂) immer häufiger zum Einsatz. Für die Sicherheitsbewertung eines thermohydraulischen Systems mit überkritischen Fluiden sind die genauen Kenntnisse des Wärmeübergangs in einem breiten Druckbereich (überkritisch und unterkritisch) unentbehrlich. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Untersuchung der Siedekrisen, die zu einer drastischen Verschlechterung des Wärmeübergangs und damit zu einem sofortigen und signifikanten Anstieg der Wandtemperatur führen. Da dies zu einer Zerstörung der Strömungsrohre führen kann, ist die Kenntnis ihres Auftretens für die sichere Auslegung von Kraftwerken von höchster Relevanz. Im Druckbereich bis zum reduzierten Druckwert von p_r = 0,7 wurde das Auftreten von Siedekrisen sowie der anschließende Wärmeübergang bereits intensiv untersucht. Im erhöhten Druckbereich finden sich jedoch nur wenige Modelle zur Beschreibung der kritischen Wärmestromdichte (engl. Critical Heat Flux – CHF).

Ziele

Das wissenschaftliche Ziel des Verbundvorhabens ist die Untersuchung und ein besseres Verständnis des CHF- und des Post-CHF-Wärmeübergangs im hohen Druckbereich.

In Zusammenarbeit mehrerer universitärer Partner werden dafür experimentelle Daten mit Freon, CO₂ und Wasser erzeugt und in eine Datenbank eingebunden. Mit Hilfe dieser Datenbank und einem verbesserten Verständnis der mechanistischen Vorgänge werden vorhandene Modelle zur Vorhersage des CHF und des Post-CHF Wärmeübergangs bewertet und um neue Modelle erweitert. Numerische Simulationen mit CFD-Programmen sollen zum besseren Verständnis der zu untersuchenden Phänomene beitragen und die experimentellen Arbeiten unterstützen. Die Entwicklung von Fluid-zu-Fluid Skalierungsmodellen ermöglicht die direkte Übertragung der Versuchsdaten der drei unterschiedlichen Fluide. Die Implementierung der neu entwickelten Modelle und die Validierung gegen experimentelle Daten wird durch die GRS unterstützt und soll die Aussagekraft des STH-Programms ATHLET für innovative nukleare Systeme mit überkritischen Fluiden erhöhen.

Weitere Informationen hier. 

Zuwendungsgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner

• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut für Angewandte Thermofluidik (IATF)
• Universität Stuttgart - Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE) der Universität Stuttgart 
• Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH

Ansprechpartner

Jan Oettig, Laura Licht