Forschungsprojekte
| Finanzierung: | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) |
| FKZ: | HA 3088/25-1 |
| Partner: | Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg |
| Laufzeit: |
2022 – 2023 |
| Kontakt: |
Aerosolpartikel spielen eine wesentliche Rolle bei der Übertragung von Atemwegsviren wie SARS-CoV-2. Aus diesem Grund sind Masken, Belüftungs- und Luftreinigungsverfahren wirksame Schutzmaßnahmen. Die Untersuchung der Wirksamkeit solcher Maßnahmen erfordert strömungsdynamische Untersuchungen, sei es mit experimentellen oder numerischen Methoden, da die Strömungsverhältnisse weitgehend deren Wirksamkeit beeinflussen. Im Projekt wird für diesen Zweck ein Sensor entwickelt, der im Zusammenhang mit Expositionsexperimenten mit helium-gefüllten Mikroseifenblasen zum Einsatz kommen soll.
Teilprojekt:
Entwicklung von Messtechnik zur Erfassung von Strömungsparametern in Großversuchsanlagen der nuklearen Sicherheitsforschung
Im Verbundvorhaben werden neue robuste bildgebende Messverfahren entwickelt, mit denen es in Zukunft möglich sein wird, Großversuchsanlagen der Reaktorsicherheitsforschung so zu instrumentieren, dass thermohydraulische Daten in CFD-Qualität erfasst werden können. Im Teilvorhaben soll eine Sensortechnik zur ortsaufgelösten Messung von Gasgehalt und Strömungsgeschwindigkeit nach dem Prinzip der thermischen Anemometrie entwickelt werden.
Teilprojekt:
Entwicklung von Messverfahren für Betonporosität und Feuchte sowie von Softwaremodulen zur Befundkartierung
Im Verbundvorhaben werden neue Mess- und Analyseverfahren sowie Konzepte zur elektronischen Dokumentation von Daten aus Rückbauprojekten entwickelt. Im Teilvorhaben wird eine in-situ Analysetechnik entwickelt, die die Feuchte und Porosität in der Wand eines Bohrlochs mittels einer rohrgängigen Sonde bestimmt. Des Weiteren wird im Teilvorhaben eine Software zur Visualisierung von Befunddaten entwickelt.
| Finanzierung: | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) |
| FKZ: | HA 3088/18-1 |
| Laufzeit: |
2020 – 2024 |
| Kontakt: |
Das Vorhaben verfolgt das Ziel, die bereits in einer Machbarkeitsstudie demonstrierte Methodik der Messung von axialen Dispersionskoeffizienten mittels Volumenstrommodulation für Blasensäulen weiterzuentwickeln und umfassend anzuwenden.
Teilprojekt:
Strahlungsbasierte Bildgebung
Bis zur Verfügbarkeit eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle besteht in Deutschland die Notwendigkeit, abgebrannte Brennelemente in Transport- und Lagerbehältern zwischenzulagern. Hierfür müssen erhebliche Zeiträume von mehr als 50 Jahren in Betracht gezogen werden. Für derartig lange Zwischenlagerungszeiträume sind Voraussagen zu möglichen Veränderungen der Integrität von Brennelementen schwierig. Das Forschungsvorhaben widmet sich der Entwicklung und Erprobung von Verfahren zur nichtinvasiven Langzeitüberwachung des Behälterinventars auf Basis der Detektion kosmischer Myonen und Messung des Gamma- und Neutronenstrahlungsfeldes.
Das Forschungsvorhaben zielt auf die Entwicklung von Methoden und Algorithmen für eine Echtzeit-Scanführung für einen schnellen Computertomographen zur Verfolgung von Strukturen in Prozessräumen, zum Beispiel Partikeln oder Gasblasen in Mehrpartikelsystemen, wie Blasensäulen. Dazu werden Algorithmen zur Mustererkennung, die Strukturen aus in Echtzeit rekonstruierten Schnittbildern extrahieren, entwickelt. Hierfür ist eine intensive Nutzung von massiv parallelen Rechnerarchitekturen vorgesehen.
Teilprojekt:
Laborexperimente zur Modellierung des Kristallisations- und Ablagerungsverhaltens sowie der Wärmetransporteigenschaften von Zinkboraten
Hauptziel der Projektarbeiten war die Bereitstellung von Daten und Korrelationen aus generischen Laborexperimenten zu Löslichkeit und Kristallisationsverhalten sowie zu parameterabhängigen Abscheideraten von Zinkboraten als mögliche Folge eines postulierten Kühlmittelverluststörfalles in DWR-Anlagen. Dies betrifft sowohl die Schichtbildung an heißen Zircaloy-Oberflächen als auch die Bildung mobiler Partikel im erhitzten Kühlmittel.
Auf Basis dieser Daten und Korrelationen entwickelte der Projektpartner GRS Simulationswerkzeuge zur Beschreibung der thermohydraulischen Folgen von Zinkborat-Abscheidungen im Reaktorkern. Diese dienen der Bewertung verschiedener Szenarien von Kühlmittelverluststörfällen in DWR-Anlagen.
Teilprojekt:
Charakterisierung der Fluiddynamik in Anstaupackungen
| Finanzierung: | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) |
| FKZ: | HA 3088/10-3 |
| Partner: | Universität Paderborn, Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik |
| Laufzeit: | 2016 - 2025 |
| Kontakt: | Iman Shabanilemraski () |
Aufgrund des hohen Energiebedarfs von thermischen Trennverfahren sind optimale Prozessführungskonzepte und Apparate von außerordentlichem Interesse. Im Rahmen des Projektes wird ein neues Konzept für Kolonnenpackungen als Einbauten untersucht. Die sogenannten Anstaupackungen bestehen aus strukturierten Packungen mit Lagen unterschiedlicher geometrischer Oberflächen. Durch diese Kombination entstehen Strömungskonfigurationen mit starken Gas-Flüssig-Wechselwirkungen, welche das Stofftrennverhalten und damit die Effizienz der Trennkolonne maßgeblich verbessern. Mittels Druckmessungen und der ultraschnellen Röntgentomographie wird die Fluiddynamik in dieser speziellen Art von Anstaupackungen umfassend experimentell untersucht.
Das Projekt hat die Entwicklung zuverlässiger thermohydraulischer Modelle für das Primärkreisverhalten eines Druckwasserreaktors unter Störfallbedingungen zum Ziel. Der Fokus der Arbeiten liegt auf der Modellierung des Dampferzeugers. Dort können komplexe thermohydraulische Zustände während des Störfallablaufs eintreten, darunter Zweiphasenströmung, Rückströmungen, Gegenstrombegrenzung und Inertgasbeläge. Für die numerische Simulation wird der Simulationscode OpenModelica genutzt. Entwickelte Modelle werden mit Experimentaldaten der PKL-Anlage der Framatom GmbH validiert. Für einige Phänomen sollen detailliertere CFD-Rechnungen durchgeführt werden.
Teilprojekt:
Untersuchung der Hydrodynamik und des Stofftransportes in Blasenschwärmen mittels ultraschneller Röntgentomografie und lokaler Sonden
| Finanzierung: | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – SPP1740 Reaktive Blasenströmungen |
| FKZ: | HA 3088/8-1 |
| Partner: | TU Hamburg Harburg, Universität der Bundeswehr München, LMU München, TU Berlin, TU Darmstadt, Uni Stuttgart, Uni Bremen, JLU Gießen, TU Dortmund, MLU Halle-Wittenberg, Karlsruher Institut für Technologie |
| Laufzeit: |
2014 – 2021 |
| Kontakt: |
Blasensäulenreaktoren sind aufgrund ihrer einfachen Bauweise, sowie hervorragenden Wärme- und Stoffübergangseigenschaften ein häufig verwendeter Reaktortyp in der chemischen Industrie. Das Verständnis des Wechselspiels zwischen Hydrodynamik, Stoffübergang und Reaktion ist jedoch bisher sehr begrenzt. Das Schwerpunktprogramm 1740 „Reaktive Blasenströmungen“ befasst sich mit der experimentellen und numerischen Aufklärung von Transportprozessen mit gekoppelter Reaktion in Blasenströmungen. Der Fokus im hier vorgestellten Teilprojekt liegt in der experimentellen Untersuchung des Zusammenspiels von Blasenschwarmdynamik, Stofftransport und Reaktion.
Teilprojekt:
Thermographische und radiographische Messverfahren
Bis zur Verfügbarkeit eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle besteht in Deutschland die Notwendigkeit, abgebrannte Brennelemente in Transport- und Lagerbehältern zwischenzulagern. Hierfür müssen erhebliche Zeiträume von mehr als 50 Jahren in Betracht gezogen werden. Für derartig lange Zwischenlagerungszeiträume sind Voraussagen zu möglichen Veränderungen der Integrität von Brennelementen schwierig. Das Forschungsvorhaben widmet sich der Fragestellung, ob und wie eine nichtinvasive Langzeitüberwachung des Inhalts von Transport- und Lagerbehältern an Zwischenlagerstandorten mit Hilfe von thermographischen, radiographischen oder akustischen Prüfmethoden möglich ist.
Im Falle eines Kühlmittelverluststörfalles (KMV) hat durch Korrosion im Kühlmittel freigesetztes Zink das Potenzial, bis in den Reaktorkern zu gelangen und sich bei Erwärmung (z. B. in Heißkanälen) in feste Korrosionsprodukte (Zink-Borate) umzuwandeln. Generische Experimente wiesen u. a. eine mögliche Gefährdung der Nachwärmeabfuhr durch diese Produkte nach, welche sich zum Teil schichtbildend auf heißen Oberflächen anlagern. Im Vorhaben wird diese Problematik im Sinne sicherheitsrelevanter Fragestellungen auf in realen Druckwasserreaktoren (DWR) anzunehmende Leckgrößen, Lecklagen und Nachkühlbedingungen sowie damit verbundene thermohydraulische Randbedingungen im Reaktorkern bezogen. Hierfür sind einerseits aus den Erfahrungen vorhandener analytischer und experimenteller Untersuchungen bezüglich KMV in DWR und andererseits durch ergänzende thermohydraulische Simulationsrechnungen solche Bedingungen abgrenzend zu ermitteln, bei denen eine mögliche Gefährdung der Kernkühlung aus Sicht vorhandener Erkenntnisse zu den physikochemischen Effekten eintreten könnte. Aufbauend auf die Ergebnisse werden Korrosions- und Abscheideexperimente zur zeit- und störfallabhängigen Quantifizierung von Korrosions- und Abscheideraten sowie zur Charakterisierung der entstehenden Zinkborate unter Berücksichtigung lokaler thermohydraulischer Effekte durchgeführt.
Durch die Aufklärung von Einzelphänomenen und deren Einfluss auf den Gesamtablauf von denkbaren Störfallabläufen werden wichtige Beiträge zur sicherheitstechnischen Bewertung bestehender DWR-Anlagen geleistet. Auf Basis der gewonnenen Kenntnisse der physikalisch-chemischen Zusammenhänge ist die Entwicklung von Strategien zur Verminderung oder Verhinderung der Bildung solcher problematischen korrosionsbedingten Ablagerungen möglich.
Teilprojekt:
Ortsaufgelöste Temperatur- und Gasphasengeschwindigkeitsmessung zur Analyse der Strömungszustände in ausdampfenden Brennelementen
Im Rahmen des Verbundprojektes sollen die Wärmetransportprozesse in einem ausdampfenden Brennelemente-Nasslager für verschiedene Störfallszenarien untersucht und modelliert werden. Dazu ist die Kenntnis der Gasphasentemperatur und -geschwindigkeit in den Zwischenräumen einzelner Brennstäbe im Brennelement von essentieller Bedeutung. Aufgrund der erschwerten mechanischen sowie optischen messtechnischen Zugänglichkeit ist die Anwendung konventioneller Messverfahren eingeschränkt. Das Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines minimalinvasiven Messsystems zur ortsaufgelösten Messung der Gasphasentemperatur und -geschwindigkeit für den Einsatz in einem Integralexperiment.
| Finanzierung: | AREVA |
| Laufzeit: | 2015 - 2018 |
| Kontakt: | Sebastian Unger () |
Passive Kühlsysteme sind eine der Schlüsseltechnologien für die Verbesserung der Sicherheit von Kernkraftwerken. Solche passiven thermohydraulischen Systeme sollen zum Beispiel beim Ausfall der Stromversorgung große Mengen Wärme aus dem Reaktor oder dem Brennelementlagerbecken an die Umgebungsluft als Wärmesenke übertragen. Dies erfolgt allein durch die von der Wärmquelle bereitgestellte Energie, etwa durch Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Naturkonvektionskreislaufs. Für die Kühlung von Brennelementlagerbecken sind die Gesamttemperaturdifferenzen klein und durch die im Vergleich zu aktiven Wärmeübertragungssystemen hohen Wärmewiderstände ist besondere Sorgfalt bei der Auslegung geboten. Das Vorhaben beschäftigt sich mit unkonventionellen Methoden und Designs zur Senkung der Wärmedurchgangswiderstände für einen Kondensator, der mit Umgebungsluft unter Naturkonvektionsbedingungen gekühlt wird.
Teilprojekt:
Versuchsstandinstrumentierung und ATHLET-Modellierung für den Nachweis der Beherrschbarkeit von Auslegungsstörfällen allein mit passiven Systemen
| Finanzierung: | Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) |
| Partner: | AREVA, RWTH Aachen, GRS, TH Deggendorf |
| Laufzeit: | 2015 - 2018 |
| Kontakt: | Prof. Uwe Hampel () |
Das Betriebs-, Stör- und Unfallverhalten von Kernkraftwerksneubauten im Ausland wird sich aufgrund der Weiterentwicklung der Sicherheitskonzepte (hier speziell durch Implementierung passiver Sicherheitssysteme) wesentlich von dem der derzeit betriebenen Kernreaktoren unterscheiden. Passive Systeme haben ein großes Potential bei der Störfallbeherrschung, um Kernschäden zu vermeiden oder – im Fall von schweren Störfällen - ihre Auswirkungen zu begrenzen. Die Funktionsweise von passiven Systemen beruht direkt auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten wie z. B. Gravitation, (Natur-)Konvektion, Kondensation oder Verdampfung.
| Finanzierung: | Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) |
| Programm: | Kompetenzerhalt in der Kerntechnik |
| Laufzeit: | 2014 - 2018 |
| Kontakt: | Dipl.-Ing. Martin Neumann () |
Bei der Weiterentwicklung und Validierung von CFD-Modellen für die Berechnung dreidimensionaler Strömungsphänomene, insbesondere für die Themenbereiche Turbulenzmodellierung und Zweiphasenströmungen, besteht noch Forschungsbedarf. Sowohl Systemcodes als auch CFD-Rechenprogramme müssen durch geeignete Experimente validiert werden. Hier ordnet sich das geplante Vorhaben ein.
Teilprojekt:
Entwicklung von CFD-Modellen zur Berechnung der kritischen Wärmestromdichte mit dem Euler/Euler-Ansatz
| Finanzierung: | Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) |
| Partner: |
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| Laufzeit: | 2014 - 2018 |
| Kontakt: |
Das Projekt setzt sich zum Ziel, instationäre Effekte für das Auftreten der Siedekrise zu identifizieren, sowie deren Modellierung in einer für stationäre CFD-Berechnungen kompatiblen Weise aufzubereiten. Durch spezielle Experimente sollen empirische Annahmen durch möglichst physikalisch fundierte Modelle ersetzt werden.
Teilprojekt:
Berechnung von Gammastrahlungsfeldern des Reaktorkerns zur nichtinvasiven Zustandsüberwachung
Im Fall eines schweren Störfalls in einem Kernkraftwerk ist mit dem Ausfall betrieblicher Instrumentierung des Reaktors zu rechnen. Das Forschungsvorhaben widmet sich der Fragestellung, ob und mit welcher zusätzlichen Instrumentierung Veränderungen im Reaktordruckbehälter, wie Füllstandsabfall und einsetzende Kernschmelze, detektiert werden können. Dazu wird ein nichtinvasives Verfahren zur Zustandserkennung mittels Analyse externer Gammastrahlungsfelder am Reaktor entwickelt und bewertet.
Arbeitspaket: Röntgentomographische Bildgebung für intensivierte Mehrphasenreaktoren
Die chemische Industrie ist eine der größten industriellen Energieverbraucher. Daher besteht ein erhöhtes Interesse, die dort ablaufenden verfahrenstechnischen Prozesse zu intensivieren, um Energie und Ressourcen einzusparen. Im Rahmen der von der Helmholtz-Gemeinschaft geförderten Energieallianz wurden dafür unter anderem neue Packungen untersucht, die den Stofftransport im chemischen Reaktor und damit auch seine Effizienz erheblich steigern können. Die ultraschnelle Röntgentomographie ermöglichte die hydrodynamische Charakterisierung dieser Packungen.