(GRS-744) VASiL Erweiterung und Validierung von AC² für die Simulation innovativer LW-SMR

Es besteht ein weltweit steigendes Interesse an kleinen modularen Reaktoren, sogenannter Small Modular Reactors (SMR). Damit die Bundesregierung bei Neubauten solcher Anlagen aussage- und diskussionsfähig bleibt, müssen belastbare Simulationen zur Sicherheit dieser Reaktoren mit unserer nationalen Rechenkette (u.a. AC2) durchgeführt werden können. Für die Simulation von SMR müssen dabei relevante Modelle in AC2 weiter verbessert werden. Dies wurde im Rahmen des VASiL-Vorhabens (Erweiterung und Validierung von AC2 für die Simulation innovativer LW-SMR) durch die Partner GRS, PSS und IKE durchgeführt. Koordinator des Verbunds ist die GRS. 

Im Rahmen des Vorhabens wurde das Programmsystem AC2/ATHLET für die Simulation kompakter Wärmeübertrager ertüchtigt. Dies beinhaltete zum einen die Implementierung und Validierung von Modellen für den Wärmeübergang und Druckverlust in helikalen Rohrbündel-, Platten- sowie Bajonettwärmeübertragern. Außerdem wurden Wärmerohre, sogenannte Loop-Heatpipes untersucht und es wurde ein Verdunstungsmodell implementiert, mit dem die Verdunstung des Arbeitsmediums (z.B. Wasser) an der Oberfläche von Pools realistischer als bisher simuliert werden kann.

Ein weiterer Punkt war die Untersuchung des Wärmeübergangs an hohen Zylinderwänden mit Höhen von bis zu 15 m, die mangels experimenteller Daten ausschließlich mit CFD durchgeführt wurde, um ein Wärmeübergangsmodell für AC2/ATHLET abzuleiten. Hier zeigte sich, dass die so erzeugten Modelle in den untersuchten Fällen zu keiner Verbesserung der Simulationsfähigkeit von AC2/ATHLET führten, sodass sie nicht final in AC2/ATHLET übernommen wurden.

Abschließend wurden generische Anlagensimulationen durchgeführt, um die Verbesserungen zu testen. Die betrachteten Anlagen waren angelehnt an die SMR-Designs NuScale, NUWARD, SCOR und SMART. Es zeigte sich, dass die implementierten Mo-delle auch in Anlagensimulationen stabile und sinnvolle Ergebnisse liefern.