Kuehlmittelvermischung in Druckwasserreaktoren. T. 1 Moeglichkeiten geschlossener analytischer Loesungen und Simulation der Vermischung mit CFX-4. Abschlussbericht

Ziel des Vorhabens war die analytische und numerische Simulation der Kuehlmittelvermischung im Ringraum und unteren Plenum von Druckwasserreaktoren. Generell ist die Kuehlmittelvermischung relevant fuer zwei grosse Stoerfallgruppen - Borsaeureverduennungsstoerfaelle und Kaltwassertransienten. Zur Untersuchung der Vermischungsphaenomene aus diesen Stoerfallszenarien wurde die Rossendorfer Versuchsanlage ROCOM konzipiert, die ein 1:5 skaliertes Plexiglasmodell des DWR Konvoi darstellt, in dem auch Geschwindigkeitsmessungen mit Hilfe von LDA-Technik moeglich sind. Konstruktion, Errichtung und messtechnische Ausstattung von ROCOM erfolgten in einem 2. Teil des Vorhabens. Im Vorfeld der Errichtung des ROCOM-Versuchsstandes wurden mit Hilfe des dreidimensionalen Stroemungsberechnungsprogrammes CFX-4 Skalierungseffekte untersucht. Die Vergleichsrechnungen belegten, dass eine 1:5 Skalierung ausreichend ist. Nach dem Aufbau des Versuchsstandes und der Inbetriebnahme im 2. Teil des Vorhabens wurden die Vorausberechnungen anhand von experimentellen Ergebnissen bestaetigt. Es wurde weiterhin ein Verfahren zur vereinfachten analytischen 2D-Beschreibung des Stroemungsfeldes im Ringraum von Druckwasserreaktoren aufgestellt. Es beruht auf der Potentialtheorie, wobei Quellen an den Kuehlmitteleintrittspositionen und Wirbel unter Beachtung der Randbedingungen der typischen Ringspaltgeometrie von DWR ueberlagert wurden. Der Schwerpunkt des Projektes lag jedoch in der numerischen Simulation der Kuehlmittelvermischung unterschiedlicher Reaktoranlagen mit CFX-4 und der Validierung des Rechenprogramms anhand von Vermischungsexperimenten. Dabei wurden sowohl stationaere Schleifendurchsaetze bei Nominalbetrieb und Teilschleifenbetrieb bzw. transiente Stroemungsbedingungen der Reaktortypen DWR Konvoi und WWER-440 untersucht. Die Ergebnisse der CFX-4 Rechnungen im Vergleich mit den Leitfaehigkeits- bzw. LDA-Messungen sind im Abschlussbericht dokumentiert. Grundlage fuer diesen Abschlussbericht ist eine Promotionsarbeit von T. Hoehne zum gleichnamigen Thema im Rahmen des Kompetenzerhaltungsprogrammes Kerntechnik. (orig.)The project was aimed at the analytical and numerical simulation of coolant mixing in the downcomer and the lower plenum of PWRs. Generally, the coolant mixing is of relevance for two classes of accident scenarios - boron dilution and cold water transients. For the investigation of the relevant mixing phenomena, the Rossendorf test facility ROCOM has been designed. ROCOM is a 1:5 scaled Plexiglas "t"r"a"d"e"m"a"r"k model of the PWR Konvoi allowing velocity measurements by the LDA technique. Design and construction of the ROCOM facility including the measurement equipment were performed in a second part of the project. For the design of the facility, CFD calculations were performed to analyze the scaling of the model. It was found, that the scaling of 1:5 to the prototype meets both: physical and economical demands. A theoretical 2D-model of the downcomer flow was developed based on the potential theory. The coolant inlet is represented by mass sources. Potential vortices were superposed to describe large scale recirculations. However, the method requires an a-priory knowledge of the location and intensity of the vorticity sources. Therefore, the main goal of the project was the numerical simulation of the coolant mixing of different PWRs. The temperature and boron concentration fields established by the coolant mixing during nominal and transient flow conditions in the pressure vessel of the PWR Konvoi and the Russian type WWER-440 were investigated. The calculations were carried out with the CFD-code CFX 4. The results of the CFD calculation are found in the final report. The report is based on the Ph.D. work of T. Hoehne. (orig.)Available from TIB Hannover: RR 1847(335) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman