Experimente und CFD-Modellentwicklung zu Wandkondensationsvorgängen im Sicherheitseinschluss
Die Beschreibung dreidimensionaler Strömungs- und Transportvorgänge im Sicherheitsbehälter (SB) erfolgt zunehmend mit CFD (Computational Fluid Dynamics) -Codes. Eine zuverlässige Vorhersage des Druckaufbaus und der Wasserstoffverteilung, sowie der treibenden Naturkonvektionsströmungen, des Gastransports und der lokalen Kondensationsraten ist sicherheitstechnisch relevant im Bezug auf die Integrität des SB als letzte Barriere gegen den Austritt radioaktiver Stoffe in die Umgebung. Eine hohe Gitterauflösung des CFD-Modells in der Grenzschicht zur Abbildung der wandnahen Transportprozesse und Auftriebskräfte ist erforderlich, um den möglichen Einfluss des Kondensatfilms auf die Kondensationsrate zu erfassen. In verfügbaren Wandfunktionen wurden hier erhebliche Modelldefizite festgestellt.
Übergeordnete Zielsetzung ist, die bereits in Vorgängervorhaben (SETCOM 150 1489) an der Versuchsanlage SETCOM gewonnene Datenbasis zu wandnahen Transportprozessen bei Wandkondensation zu vertiefen, den neu entwickelten Modellansatz zu erweitern und systematisch abzusichern. Die Schaffung einer Modellbasis erfolgt grundlegend im quelloffenen CFD-Programmpaket OpenFoam. Die effiziente Abbildung von Wandkondensation in einer vollskaligen CFD-Simulation des SB soll ermöglicht werden. Somit wird die Belastbarkeit von Störfallanalysen insbesondere in Bezug auf die Wasserstoffverteilung erhöht, so dass auch in Zukunft verbesserte Aussagen über die Belastung des SB durch kurzfristigen (H2-Verbrennung) und langfristigen Druckaufbau (Dampf- und H2-DFreisetzung), sowie die Effektivität passiver Sicherheitssysteme im Verlauf von postulierten Störfallszenarien erwartet werden können.
Die ständige Weiterentwicklung der Codes erfordert parallel eine kontinuierliche Validierung. Hierzu werden gerade bei der CFD-Modellentwicklung steigende Anforderungen an die entsprechenden Experimente sowohl hinsichtlich der Instrumentierung als auch bei der Durchführung und Auswertung festgestellt. Das mit dem Fokus auf die CFD-Entwicklung konzipierte Experiment SETCOM2 greift diese Anforderungen konsequent auf.