Modellierung des Stoff- und Wärmetransports im Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors unter Störfallbedingungen sowie Validierung basierend auf Experimentaldaten

Hintergrund:

Während des Niedrigleistungs- und Abschaltbetriebs wird die Nachzerfallswärme in einem Druckwasserreaktor (DWR) durch das Restwärmeabfuhrsystem (RHRS) abgeführt. Als Teil der Reaktorsicherheitsbewertung ist es notwendig, ein breites Spektrum von Störfällen einschließlich des Verlustes des RHRS zu berücksichtigen. Der Beitrag zur Reaktorkernschadenshäufigkeit eines solchen Unfalls ist beträchtlich und eine gründliche Bewertung ist erforderlich. Bis heute werden Kernkraftwerke aufgrund ihrer Größe und geometrischen Komplexität mit speziellen System-Thermohydraulik-Codes (SYS-TH) wie ATHLET, RELAP, MARS und anderen bewertet. Obwohl SYS-TH-Codes seit mehreren Jahrzehnten entwickelt werden, haben sie immer noch Schwierigkeiten, die bei Mehrphasenströmungen auftretenden Phänomene genau zu simulieren. Dies ist besonders ausgeprägt während des Mid-Loop-Betriebs, wo zusätzliche Komplexität aufgrund der Anwesenheit von nicht kondensierbarem Gas hinzukommt.

Zielstellung:

Das Projekt zielt auf die Entwicklung zuverlässiger thermohydraulischer Modelle für den Primärkreis eines DWR bei Verlust von RHRS-Störfallbedingungen im Mid-Loop-Betrieb. Der Schwerpunkt liegt auf der genauen Modellierung des Kondensationsprozesses in einem Dampferzeuger. Dort treten komplexe thermohydraulische Zustände auf, wie z. B. Zweiphasenströmung, Umkehrströmungen, Gegenstrombegrenzung, Overspilling, Fill-and-Down, Wasserverschleppung und möglicherweise Inertgase.

Methoden und Ergebnisse:

Für die numerische Berechnung verwenden wir den Best-Estimate-System-Thermo-Hydraulik-Code ATHLET und validieren die Modelle durch einen Vergleich mit den experimentellen Daten. Einige interessante Phänomene werden mit CFD-Simulationen detaillierter bewertet.