Verfügbarkeit: Einsatz von CFD-Codes für die Simulation von unfalltypischen Phänomenen im Sicherheitseinschluss: Validierung und gezielte Modellerweiterung

Einsatz von CFD-Codes für die Simulation von unfalltypischen Phänomenen im Sicherheitseinschluss: Validierung und gezielte Modellerweiterung:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Schramm, Berthold Andreas 1972- (VerfasserIn), Stewering, Jörn 1976- (VerfasserIn), Sonnenkalb, Martin (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Köln GRS September 2017
Schriftenreihe:	GRS 472
Schlagworte:	Forschungsbericht
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	Literaturverzeichnis: Seite 529-535. - Förderkennzeichen BMWi RS1526
Beschreibung:	XII, 566 Seiten Illustrationen, Diagramme
ISBN:	9783946607557

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG ................................................................................................... 1 2 ARBEITSPUNKT 1.1 - ENTWICKLUNG EINES SUMPFMODELLS............................ 3 2.1 EINFUEHRUNG ................................................................................................... 3 2.2 SIMULATION EINES EINFACHEN TESTBEISPIELS ................................................... 4 2.3 SIMULATION DER GES-WANNE ......................................................................... 8 2.4 TESTBEISPIEL ZUR KOMBINATION VON SUMPF UND VOLUMENKONDENSATION ..... 16 2.5 NACHRECHNUNG DES THAI-VERSUCHS TH-6 .................................................. 22 2.5.1 EXPERIMENTELLER AUFBAU .............................................................................. 22 2.5.2 MODELLIERUNG MIT CFX ................................................................................ 23 2.5.3 VERGLEICH VON EXPERIMENT UND SIMULATION ................................................. 27 2.5.4 BERUECKSICHTIGUNG DER KONDENSATTEMPERATUR / ENERGIE BEI DER SOLID- BLOCK-SIMULATION ........................................................................................ 32 2.6 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 34 3 ARBEITSPUNKT 1.2- SIMULATION VON KONDENSATIONSVORGAENGEN MITTELS WANDFUNKTIONEN .......................................................................... 37 3.1 EINLEITUNG ................................................................................................... 37 3.2 UEBERBLICK UEBER DIE NEU IMPLEMENTIEREN WANDFUNKTIONEN .......................... 38 3.3 NACHRECHNUNG VON CONAN-VERSUCHEN .................................................... 41 3.3.1 BESCHREIBUNG DER CONAN-VERSUCHE ........................................................ 41 3.3.2 SIMULATION MIT CFX .................................................................................... 42 3.3.3 SIMULATIONSERGEBNISSE ............................................................................... 44 3.3.4 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 53 3.4 NACHRECHNUNG DES PANDA4BIS-EXPERIMENTS MIT DEN SUCEC- WANDFUNKTIONEN ......................................................................................... 54 3.4.1 EINLEITUNG ................................................................................................... 54 3.4.2 KURZE BESCHREIBUNG DES EXPERIMENTS ...................................................... 55 3.4.3 MODELLIERUNG MIT CFX ................................................................................ 56 3.4.4 SIMULATIONSERGEBNISSE ............................................................................... 58 3.4.5 SCHLUSSFOLGERUNGEN PANDA4BIS................................................................. 72 3.5 SIMULATION VON TH-2 .................................................................................. 73 3.6 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 76 4 ARBEITSPUNKT 1.3 - VALIDIERUNG EINES VOLUMENKONDENSATIONSMODELLS ............................................................. 79 4.1 EINLEITUNG .................................................................................................... 79 4.2 BESCHREIBUNG DES VOLUMENKONDENSATIONSMODELLS ................................... 79 4.3 EXPERIMENTELL BESTIMMTE TROEPFCHENGROESSE ................................................ 83 4.4 EINFLUSS DES TROEPFCHENDURCHMESSERS AUF DIE SINKGESCHWINDIGKEIT .......... 86 4.5 DISKUSSION DES MODELLIERUNGSANSATZES UND SCHLUSSFOLGERUNGEN FUER DIE NACHRECHNUNG VON EXPERIMENTEN .............................................................. 88 4.6 SIMULATION EINES TESTBEISPIELS MIT DEM UNMODIFIZIERTEN VOLUMENKONDENSATIONSMODELL ................................................................... 89 4.7 SIMULATION DES PANDA4BIS-EXPERIMENTS MIT UNTERSCHIEDLICHEN TROEPFCHENGROESSEN UND UNTERSCHIEDLICHEN EINSPEISEBEDINGUNGEN MIT DEM URSPRUENGLICHEN VOLUMENKONDENSATIONSMODELL .................................. 92 4.7.1 KURZE BESCHREIBUNG DES EXPERIMENTS ...................................................... 92 4.7.2 MODELLIERUNG MIT CFX ................................................................................ 94 4.7.3 SIMULATION MIT DER URSPRUENGLICHEN VERSION DES VOLUMENKONDENSATIONSMODELLS ................................................................. 95 4.7.4 SCHLUSSFOLGERUNGEN ................................................................................. 102 4.8 MODIFIKATION DES VOLUMENKONDENSATIONSMODELLS .................................... 102 4.9 NACHRECHNUNG VON PANDA4BIS MIT DEM MODIFIZIERTEN VOLUMENKONDENSATIONSMODELL ................................................................. 105 4.9.1 PARAMETERSTUDIE ZUM EINFLUSS DER MINIMALEN PHASENGRENZFLAECHENDICHTE ....................................................................... 105 4.9.2 PARAMETERSTUDIE ZUM EINFLUSS DES TROEPFCHENDURCHMESSERS ................... 110 4.9.3 BERUECKSICHTIGUNG DER SINKGESCHWINDIGKEIT DER WASSERTROEPFCHEN UND DER ABLAGERUNG VON TROEPFCHEN AN DEN WAENDEN ...................................... 123 4.9.4 UNTERDRUECKUNG VON VOLUMENKONDENSATION IN WANDNAEHE ........................ 125 4.9.5 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 134 4.10 NACHRECHNUNG DES THAI-VERSUCHES TH-2 MIT DEM MODIFIZIERTEN IKE- VOLUMENKONDENSATIONSMODELL ................................................................. 135 4.11 NACHRECHNUNG DES THAI-EXPERIMENTES TH-24 MIT DEM MODIFIZIERTEN IKE-VOLUMENKONDENSATIONSMODELL .......................................................... 140 VI 4.12 ZUSAMMENFASSUNG DER VALIDIERUNG DES VOLUMENKONDENSATIONSMODELLS ........................................... 143 5 ARBEITSPUNKT 1.4 - ERWEITERUNG DES PAR-MODELLS IN CFX UM VERDAMPFUNGSVORGAENGE VON WASSERTROEPFCHEN .................................. 147 5.1 EINLEITUNG .................................................................................................. 147 5.2 MODELLANNAHMEN UND VERIFIKATION ANHAND EINER STAND-ALONE-VERSION DES PAR-MODELLS ..................................................................................... 147 5.3 KOPPLUNG DES PAR-MODELLS MIT CFX ...................................................... 155 5.4 ANWENDUNG DES PAR-MODELLS MIT WAND- UND VOLUMENKONDENSATIONSMODELL IN CFX .................................................... 158 5.5 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 161 6 ARBEITSPUNKT 1.5- MODELLIERUNG WESENTLICHER VORGAENGE DES AEROSOL- UND SPALTPRODUKTVERHALTENS IM SICHERHEITSEINSCHLUSS .... 163 6.1 EINLEITUNG ................................................................................................. 163 6.2 SEDIMENTATION VON AEROSOLPARTIKELN UND ABLAGERUNG AUF OBERFLAECHEN... 164 6.2.1 EINFACHE TESTRECHNUNG ............................................................................ 164 6.2.2 NACHRECHNUNG DER KAEVER-EXPERIMENTE .............................................. 166 6.3 AUSBREITUNG VON AEROSOLPARTIKELN MIT DER GASSTROEMUNG ........................... 172 6.3.1 BERECHNUNG EINES TESTBEISPIELS .............................................................. 172 6.3.2 VERGLEICH DES ALGEBRAIC SLIP MODEL (ASM) MIT EINEM PARTICLE-TRACKING MODELL ....................................................................................................... 174 6.3.3 NACHRECHNUNG EINES STORM-EXPERIMENTES (ISP-40) ............................ 176 6.3.4 BERECHNUNG FUER EINEN IMPAKTOR ................................................................ 181 6.4 AGGLOMERATION VON AEROSOLPARTIKELN ....................................................... 185 6.5 AUSBREITUNG RADIOAKTIVER EDELGASE ......................................................... 189 6.5.1 MODELLIERUNG RADIOAKTIVER EDELGASE IN CFX ..................... 189 6.5.2 BERECHNUNG EINES EINFACHEN TESTBEISPIELS ............................................. 191 6.5.3 THAI TH-2 MIT ZUSAETZLICHER EINSPEISUNG VON XE, KR UND CSL .................. 197 6.6 ERGAENZENDE ANALYSE ZUR PARTIKELSTATISTIK ................................................ 201 6.7 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 207 VII 7 ARBEITSPUNKT 1.6- LEICHTGASSCHICHTUNG ............................................ 211 7.1 TEILNAHME AM OECD/NEA-PSI BENCHMARK ZUR AUFLOESUNG EINER STABILEN LEICHTGASSCHICHTUNG ................................................................... 211 7.1.1 KURZE VERSUCHSBESCHREIBUNG .................................................................. 211 7.1.2 CFD-GITTER ................................................................................................ 212 7.1.3 CFD-MODELLE ........................................................................................... 215 7.1.4 SIMULATIONSERGEBNIS ................................................................................ 216 7.1.5 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 222 7.2 NACHRECHNUNG DES HYMERES-VERSUCHES HP1_2 (HORIZONTALE EINSTROEMUNG) ........................................................................................... 223 7.2.1 GEOMETRIE, START- UND RANDBEDINGUNGEN ............................................... 223 7.2.2 DURCHFUEHRUNG EINER GITTERSTUDIE ............................................................... 227 7.2.3 VERGLEICH VON CFX-ERGEBNISSEN MIT EXPERIMENTELLEN DATEN ................... 234 7.2.4 EINFLUSS DER STRAHLUNG BZW. STRAHLUNGSABSORPTION .................................. 238 7.2.5 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 242 7.3 FORTFUEHRUNG DER ARBEITEN ZUR SIMULATION DER GASVERTEILUNG - NACHRECHNUNG HP1_6 ............................................................................. 242 7.3.1 EXPERIMENTELLER VERSUCHSAUFBAU .............................................................. 242 7.3.2 UEBERBLICK UEBER DIE DURCHGEFUEHRTEN ARBEITEN ............................................ 245 7.3.3 CFD-GEOMETRIE UND NUMERISCHE PARAMETER ........................................... 246 7.3.4 DURCHFUEHRUNG EINER GITTERSTUDIE ............................................................... 247 7.3.5 ERGEBNISSE DER GITTERSTUDIE ..................................................................... 250 7.3.6 PARAMETERMETERSTUDIE ZUM GITTEREINFLUSS IM EINLASSROHR ........................ 254 7.3.7 VERGLEICH DER SIMULATIONSERGEBNISSE MIT EXPERIMENTELLEN DATEN ........... 264 7.3.8 EINFLUSS (DER VERNACHLAESSIGUNG) DES WAERMESTRAHLUNGSMODELLS ............. 274 7.3.9 EINFLUSS DES KONVERGENZKRITERIUMS .......................................................... 279 7.3.10 EINFLUSS DES TURBULENZMODELLS ........................................... 280 7.3.11 ZUSAMMENFASSUNG HP1-6 ....................................................................... 289 7.4 AP 1.7 MISTRA HM1-1 BENCHMARK .......................................................... 291 7.4.1 EINLEITUNG .................. 291 7.4.2 VERWENDETE MODELLE ................................................................................ 293 VIII 7.4.3 GITTERSTUDIE .............................................................................................. 294 7.4.4 VERGLEICH MIT EXPERIMENTELLEN DATEN ....................................................... 300 7.4.5 PARAMETERSTUDIE ZUM EINFLUSS VON LUFTFEUCHTIGKEIT ................................. 302 7.4.6 EINFLUSS DER WANDEMISSIVITAET AUF DAS SIMULATIONSERGEBNIS ..................... 307 7.4.7 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 310 7.5 ZUSAMMENFASSUNG ZU AP1 .6 SCHICHTUNGSAUFLOESUNG ............................... 311 8 AP 1.7 - FORTSETZUNG DER VALIDIERUNG UND WEITERENTWICKLUNG DES H 2 -VERBRENNUNGSMODELLS ...................................................................... 313 8.1 EINLEITUNG ................................................................................................. 313 8.2 VERWENDETE MODELLE BEI DER SIMULATION VON ^-VERBRENNUNGEN ........... 313 8.3 LAMINARE FLAMMENGESCHWINDIGKEIT ........................................................ 318 8.3.1 LAMINARE FLAMMENGESCHWINDIGKEIT BEI H 2 /LUFT GEMISCHEN BEI STANDARDBEDINGUNGEN ............................................................................. 320 8.3.2 TEMPERATUR UND DRUCKABHAENGIGKEIT DER LAMINAREN FLAMMENGESCHWINDIGKEIT......................................................................... 323 8.3.3 ANHAENGIGKEIT DER LAMINAREN FLAMMENGESCHWINDIGKEIT VOM DAMPFGEHALT ............................................................................................ 326 8.4 THAI HD-2R/HD-1 2 EXPERIMENTE ............................................................ 329 8.4.1 BESCHREIBUNG DES EXPERIMENTS .............................................................. 329 8.4.2 GITTERSTUDIE .............................................................................................. 336 8.4.3 SIMULATIONSERGEBNISSE BEI VERWENDUNG UNTERSCHIEDLICHER KORRELATIONEN FUER DIE TURBULENTE FLAMMENGESCHWINDIGKEIT ...................... 339 8.4.4 ZUSAMMENFASSUNG NACHRECHNUNG HD-12/HD2-R .................................. 343 8.5 THAI HD-7 EXPERIMENT ............................................................................ 343 8.5.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG ............................................................................ 343 8.5.2 VERGLEICH DER SIMULATIONSERGEBNISSE MIT EXPERIMENTELLEN DATEN .......... 345 8.5.3 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 349 8.6 THAI HD-1 0 EXPERIMENT .......................................................................... 350 8.6.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG ............................................................................ 350 8.6.2 SIMULATIONSERGEBNISSE HD-10.................................................................. 352 8.6.3 ZUSAMMENFASSUNG HD-10 ....................................................................... 359 8.7 ENACCEF ............................................................................................... 359 IX 8.7.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG ............................................................................ 359 8.7.2 GITTERSTUDIE ......................................................................... 361 8.7.3 SIMULATIONSERGEBNISSE ............................................................................. 363 8.7.4 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................. 369 8.8 PROSCIENCE V15 ....................................................................................... 370 8.8.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG ............................................................................ 370 8.8.2 CFD-GITTER UND GITTERSTUDIE ..................................................................... 373 8.8.3 SIMULATIONSERGEBNISSE ............................................................................. 376 8.8.4 ZUSAMMENFASSUNG PROSCIENCE V15 ........................................................ 382 8.9 MITHYGENE-ETSON BENCHMARK ........................................................... 383 8.9.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG ............................................................................ 383 8.9.2 G ITTERSTUD IE .............................................................................................. 384 8.9.3 VERGLEICH DER SIMULATIONSERGEBNISSE MIT EXPERIMENTELLEN DATEN ........... 388 8.9.4 ZUSAMMENFASSUNG MITHYGENE-ETSONBENCHMARK ............................ 394 8.10 UNTERSUCHUNG ZUR MODELLIERUNG DER TURBULENTEN VERLOESCHUNG ................. 394 8.10.1 EINLEITUNG .................................................................................................. 394 8.10.2 EXPERIMENTELLE BESCHREIBUNG UND CFX-SETUP ........................................ 395 8.10.3 VERGLEICH VON CFX-ERGEBNISSEN MIT EXPERIMENTELLEN DATEN ................... 396 8.10.4 VARIATION DES KRITISCHEN GESCHWINDIGKEITSGRADIENTEN GEHT ..................... 399 8.10.5 BERUECKSICHTIGUNG DER H 2 -KONZENTRATION ................................................... 401 8.10.6 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT ................................................................... 404 8.11 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................... 405 9 ARBEITSPUNKT 2 - VERGLEICH DER LEISTUNGSFAEHIGKEIT VON OPENFOAM UND CFX ................................................................................................... 411 9.1 ALLGEMEINE GEGENUEBERSTELLUNG VON CFX UND OPENFOAM ...................... 411 9.2 NACHRECHNUNG DES THAI-VERSUCHES TH-26 MIT OPENFOAM ................. 413 9.2.1 EXPERIMENTELLES SETUP .............................................................................. 413 9.2.2 GEOMETRIE UND RANDBEDINGUNGEN ........................................................... 414 9.2.3 VERGLEICH VON OPENFOAM MIT CFX UND EXPERIMENTELLEN ERGEBNISSEN .. 416 9.3 NACHRECHNUNG DES OECD/PANDA-BENCHMARKS MIT OPENFOAM .......... 420 X 9.3.1 EXPERIMENTELLES SETUP ............................................................................ 420 9.3.2 GEOMETRIE UND RANDBEDINGUNG ............................................................. 421 9.3.3 VERGLEICH VON OPENFOAM MIT CFX UND EXPERIMENTELLEN ERGEBNISSEN .. 422 9.4 EINFLUSS DER GRAVITATIONSBEDINGTEN TURBULENZPRODUKTION ......................... 425 9.4.1 ANALYSEN ANDERER INSTITUTE ....................................................................... 425 9.4.2 GRS-ANALYSEN (OECD/PANDA) .............................................................. 427 9.4.3 GRS-ANALYSEN (TH-26) ............................................................................ 432 9.5 NACHRECHNUNG DES MINI-PANDA-BENCHMARKS MIT OPENFOAM ................ 436 9.5.1 EXPERIMENTELLES SETUP ............................................................................. 436 9.5.2 GEOMETRIE UND RANDBEDINGUNGEN ........................................................... 437 9.5.3 DURCHFUEHRUNG EINER GITTERSTUDIE .............................................................. 439 9.6 EINFLUSS DES BUOYANCY-TURBULENZ-TERMS................................................ 443 9.6.1 EINFLUSS DER ZEITSCHRITTWEITE (COURANT-ZAHL) ............................................ 446 9.6.2 DETAILIERTER VERGLEICH MIT CFX ................................................................. 451 9.7 WEITERE UNTERSUCHUNGEN ZUR EIGNUNG VON OPENFOAM FUER CONTAINMENT-SIMULATIONEN ....................................................................... 458 9.8 ERGAENZUNGEN ZUR NUMERISCHEN STABILITAET VON OPENFOAM ....................... 461 9.9 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT .................................................................. 462 10 AP 3.1 - SIMULATION DER GASVERTEILUNG UND DER SUMPFBILDUNG IM SICHERHEITSBEHAELTER EINES DWR KONVOI ......................... 465 10.1 DARSTELLUNG DES STOERFALL-SZENARIOS ............................................................ 465 10.2 CFX-DATENSATZ ........................................................................................ 467 10.2.1 DURCHFUEHRUNG EINER GITTERSTUDIE .... .......................................................... 469 10.2.2 DURCHFUEHRUNG EINER ZEITSCHRITTSTUDIE ........................................................ 479 10.2.3 EINFLUSS DES (IKE-)VOLUMENKONDENSATIONSMODELLS ................................. 481 10.2.4 EINFLUSS DES SUMPFES IN CFX (SOLID-BLOCK) ............................................. 483 10.3 COCOSYS-DATENSATZ .............................................................................. 487 10.3.1 EINFLUSS DES SUMPFES IN COCOSYS ....................................................... 490 10.3.2 VERGLEICH ZWISCHEN CFX UND COCOSYS-ERGEBNISSEN .......................... 492 10.3.3 VERGLEICH VON CFX MIT COPOOL ................................................................. 498 10.4 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT .................................................................... 513 XI 11 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................ 515 ANHANG A ................................................................................................. 527 LITERATUR ................................................................................................... 529 ABBILDUNGSVERZEICHNIS .......................................................................... 537 TABELLENVERZEICHNIS ............................................................................... 565 XII
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