Entwicklung und Einsatz robuster elektrischer Mess- und Bildgebungsver­fahren zur hochaufgelösten Erfassung von thermohydrauli­schen Parametern in Großversuchsan­lagen der nuklearen Sicherheitsfor­schung (ROBIN / Verbundprojekt)

Teilprojekt:

Entwicklung von Messtechnik zur Erfassung von Strömungsparametern in Großversuchsanlagen der nuklearen Sicherheitsforschung

Hintergrund:

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, das heißt mit sehr hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, erfasst werden können. Solche Messtechniken existieren heute für Einzeleffektstudien vorrangig bei moderaten Betriebsbedingungen, etwa Luft-Wasser-Betrieb bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur. Heiß- und druckfeste Instrumentierung ist dagegen immer noch sehr selten.

Zielstellung:

Der Fokus des Vorhabens liegt auf neuen Ansätzen, die tatsächliche „Instrumentierungslücken“ betreffen, die im Rahmen einer kritischen Analyse des Standes der Technik identifiziert wurden. Mit dem Konzept eines „bildgebenden Rohres“ wird erstmalig die Analyse von Zweiphasenströmungen in Steigleitungen entlang der Rohrachse, etwa für instabile Zweiphasenströmungen, ermöglicht. Ein Thermoanemometriegittersensor wird für die Wassergeschwindigkeitsmessungen weiterentwickelt. Mit der elektrischen Impedanztomographie wird die eingriffsfreie Erfassung von Zweiphasenströmungen in großen Rohrleitungen ermöglicht.

Im Teilvorhaben werden folgende Teilziele verfolgt:

• Entwicklung von Sensortechnik zur ortsaufgelösten Messung von Gasgehalt und Strömungsgeschwindigkeit nach dem Prinzip der thermischen Anemometrie,
• Vergleichende Bewertung verschiedener sensorischer Varianten,
• Aufbau eines Sensors mit miniaturisierten Wandlern,
• Funktionsnachweis im Labor sowie Einsatz an thermohydraulischen Versuchsanlagen.

Methoden und Ergebnisse:

Alle entwickelten Messverfahren werden im Rahmen laufender oder separater experimenteller Programme kooperativ eingesetzt. Im Teilvorhaben werden folgende Aufgaben umgesetzt:

• Entwurf und Aufbau eines axialen Gittersensors,
• Spezifikation von Wandlersubstraten, Heißfilmstruktur und Verbindungstechnik,
• Entwicklung von Algorithmen zur Zweiphasendiskriminierung,
• Implementierung von Softwarealgorithmen zur Datenvisualisierung,
• Experimentelle Studien an Versuchsanlagen.