Strömungsformen bei Kondensationsvorgängen im Notkondensator-Versuchsstand

Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Berechnung des passiven Notkondensators eines mit Naturumlauf arbeitenden innovativen Siedewasserreaktors (SWR600) mit ATHLET", das eng mit dem Forschungsvorhaben 15 NU 9050 "Notkondensator für einen Siedewasserreaktor mittlerer Leitung - Versuche zur Ermittlung der Leistung" verknüpft ist, wurden seitens des Forschungszentrums Rossendorf (FZR) e.V. im Rahmen eines F&E-Vertrages Auswertungen und Interpretationen von Messungen zu Strömungsformen und Kondensationsvorgängen im NOKO-Versuchsstand durchgeführt. Neben den Bündelversuchen wurden im NOKO-Versuchsstand mehrere Experimente im einem separaten, seitlich vom Bündel angeordneten und umfangreich instrumentierten Einzelrohr durchgeführt, um die Aussagesicherheit der Notkondensatorexperimente zu erhöhen und zusätzlich experimentelle Daten für die Validierung von Thermohydraulikprogrammsystemen (u.a. den ATHLET-Code) bereitzustellen. Hierbei geht es speziell um die Untersuchung der transienten Zweiphasenströmung innerhalb der Notkondensatorrohre hinsichtlich der dort anzutreffenden Strömungsformen, sowie die Bestimmung des volumentrischen Gasgehaltes an verschiedenen Stellen auf der Sekundärseite im Bündel bei unterkühltem und gesättigtem Sieden. Das NOKO-Einzelrohr wurde hierzu mit nadelförmigen Voidsonden ausgestattet. Durch die Nutzung von jeweils mehreren Sonden in zwei ausgewählten Strömungsquerschnitten wurde die Phasenverteilung während der Füllstandsabsenkung, d.h. beim Durchgang des Flüssigkeitsspiegels an den Sondenpositionen, in-stationär gemessen. Daraus läßt sich die Form der Phasengrenzfläche rekonstruieren. Neben den Messungen im Einzelrohr fanden, ebenfalls mit Nadelsonden, Messungen auf der Sekundärseite des NOKO-Bündels statt. Die Einzelrohr-Versuche an der NOKO-Anlage in Jülich haben gezeigt daß bei entsprechend geringer Konzentration von nichtkondensierbaren Gasen Schwälle und Pfropfen im Ansatz zu beobachten sind, die Vorhersagen bekannter Strömungskarten jedoch nicht zutreffen. Dort werden Schwälle und Pfropfen in wesentlich größerem Aumaß vorhergesagt. Die Aufstellung und Validierung eines einfachen Modells zur Berechnung des Druckverlustes im Wärmeübertragerrohr ist gelungen. Damit kann der Differenzdruck zwischen den Kollektoren ober besser ein an den Wärmeübertragerrohren direkt gemessener Differenzdruck zur Füllstandsmessung auf der Primärseite des Notkondensators herangezogen werden. Bei der Validierung mußten jedoch die experimentell ermittelten Volumina des nichtkondensierbaren Gases in die Berechnung einfließen. Der Mechanismus der Kondensationsbehinderung durch das nichtkondensierbare Gas wurde durch Gegenüberstellung der Sondendaten mit den Meßwerten der Thermoelemente im Einzelrohr im Detail untersucht