Simulation von Korrosion und Leitfähigkeit in Salzschmelzen für energietechnische Anlagen

Simulation von Korrosion und Leitfähigkeit in Salzschmelzen für
energietechnische Anlagen

Solarthermie — Solarthermisches Kraftwerk Gemasolarin in Andalusien

Hintergrund: Solarthermische Kraftwerke nutzen Sonnenwärme, um Flüssigkeiten zu erhitzen und Strom zu erzeugen.
Die in diesen Systemen eingesetzten Salzschmelzen dienen als effiziente Wärmespeicher, da sie bei hohen Temperaturen stabil sind, eine hohe Wärmekapazität haben, sowie den Effekt der Umwandlungswärme nutzbar machen. Dies ermöglicht die Stromerzeugung auch nach Sonnenuntergang.

Allerdings sind Salzschmelzen – insbesondere bei hohen Temperaturen – korrosiv, was bei der Materialauswahl und in der Bauteilgestaltung beachtet werden muss, um Langzeitstabilität und Sicherheit zu gewährleisten. Die Simulation von Korrosion auf Basis der Kontinuumsmechanik / Mehrfeldtheorie ermöglicht eine Vorhersage der Abtragungsgeschwindigkeit an verschiedenen Orten eines Bauteils und eines Reaktor-Gefäßes (thermische Batterie).

Aufgabe:
Die Aufgabe besteht darin, die korrosiven Eigenschaften von Salzschmelzen für einen
zylindrischen Beispielreaktor zu simulieren. Basierend auf einer Literaturrecherche zu verschiedenen Simulationsansätzen und zu den generellen Funktionsweisen solarthermischer Kraftwerke sollen verschiedene Modelle gegenübergestellt werden. Basierend auf Vorarbeiten am Institut für Festkörpermechanik soll das Mehrfeldproblem räumlich aufgelöst implementiert werden. Die Simulationsergebnisse sollen mit an der Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik in Beispielreaktoren erzeugten experimentellen Daten verglichen werden. Als zusätzlicher Aspekt kann das Modell weiterhin um die Korrosivität der Salzschmelzen erweitert werden.

Voraussetzungen:
Für die Arbeit werden Vorkenntnisse in der kontinuumsbasierten Beschreibung
von Stoff- und Wärmetransportprozessen, Grundlagen in chemischen Reaktionen und Kenntnisse über den Aufbau und die Funktionsweise von solarthermischen Kraftwerken benötigt. Weiterhin sind Vorerfahrungen in der FEM-Lösung von Feldproblemen mithilfe von FEniCSx vorteilhaft.

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