(GRS-833) Implementierung und Validierung ausgewählter Modelle zur Thermohydraulik im Kühlkreislauf und Lagerbecken in OpenFOAM (IMOLA)

Förderkennzeichen UMRS1607

Im Rahmen der in diesem Vorhaben durchgeführten Forschungsarbeiten wurde der Open-Source-Code OpenFOAM für die Analyse von komplexen einphasigen und zwei-phasigen Strömungs- und Wärmeübergangsphänomenen in Brennelementlagerbecken sowie in Reaktoranlagen der Generationen II, III/III+ und IV sowie Small Modular Reactors (SMRs) weiterentwickelt und validiert.

Zur Bestimmung der kritischen Wärmestromdichte sind spezielle Critical Heat Flux (CHF)-Modelle notwendig, die in OpenFOAM bisher nicht verfügbar waren. Um diese Lücke zu schließen, wurden im Rahmen dieses Projekts zwölf CHF-Modelle und eine entsprechende Randbedingung in OpenFOAM implementiert und validiert. Dies ermöglichte die Simulation der unterschiedlichen Siedebereiche, wobei die Umschaltung zwischen den Modellen mit bestimmten Umschaltkriterien erfolgte und mit 2D-Simulationen erfolgreich getestet wurde. Die Validierung anhand der Becker- und BFBT-Versuche zeigte, dass OpenFOAM die Siedekrise vorhersagen kann. Gewisse Abweichungen von den Versuchsdaten wurden bei der berechneten maximalen Temperaturspitze sowie beim genauen Zeitpunkt des Temperaturanstiegs festgestellt. Trotzdem wurde bewiesen, dass mit dem 3D-CFD-Verfahren und den neu implementierten Modellen das lokale Auftreten von CHF vorhergesagt werden kann.