Analytische und experimentelle Untersuchungen zur Partikelrückhaltung in Flüssigkeitsvorlagen (APVOR)

Abstract

Der vorliegende Bericht ist der Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben „Analytische und experimentelle Untersuchungen zur Partikelrückhaltung in Flüssigkeitsvorlagen”, welches vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV 1501618) gefördert und von der Arbeitsgruppe (AG) Plant Simulation and Safety (PSS) an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) bearbeitet wird. Das Ziel des Vorhabens ist die Bereitstellung eines Modells zur Abschätzung der Partikelrückhaltung in einer Flüssigkeitsvorlage und die Erweiterung der experimentellen Datenbasis sowie die Validierung eines Venturidüsen- Ansatzes in COCOSYS. Zunächst werden experimentelle Daten und numerische Modelle zu Pool Scrubbing und zum FCVS (Filtered Containment venting System) gesammelt und analysiert. Die experimentellen Daten zu Pool Scrubbing umfassen 22 Versuchsreihen. Die Modellierung der Partikelrückhaltung erfolgt mittels empirischer Korrelationen und Codesystemen wie SPARC90, SPARC90- Jet, SPARC-B/98, BUSCA und SUPRA. Validierungsarbeiten aus der Literatur zeigen, dass die Codesysteme die Partikelrückhaltung meist unterschätzen. In einer an das PIRT-Verfahren angelehnten Analyse werden Partikelgröße, -dichte, Einspeisegeschwindigkeit und Dampfmassenanteil als relevante Faktoren für Pool Scrubbing identifiziert. Die in der erweiterten SAAB-Anlage durchgeführten Experimente zeigen, dass die Pooltemperatur positiv mit der Rückhalteeffizienz korreliert. Submikronpartikel wurden bei nasser Resuspension signifikant wieder freigesetzt. Das Codesystem COCOSYS verwendet einen nicht-mechanistischen Ansatz zur Bestimmung der Partikelrückhaltung in Venturidüsen. Das Modell ist nicht direkt auf Experimente der Harbin University übertragbar, in denen verschiedene Venturidüsen-Geometrien untersucht wurden. Für die Rückhalteeffizienz für verschiedene Geometrien wird das Modell von Calvert et al. angepasst und getestet, wobei geringe Abweichungen zu experimentellen Daten auftreten. Zur Bestimmung der Rückhalteeffizienz wird ein Modell entwickelt, das verschiedene Koeffizienten umfasst, um Einflüsse von Randbedingungen wie Partikelgröße und Flüssigkeitsüberdeckung zu berücksichtigen. Die Validierung des Modells zeigt bis auf wenige Ausnahmen eine Abweichung von maximal ±10 % zur experimentell ermittelten Rückhalteeffizienz. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber bisher verfügbaren Modellen dar. Das entwickelte Modell wurde in einer anlagentechnischen Anwendung mit AC² getestet, um die Spaltproduktrückhaltung in einem Kernschmelzunfallszenario zu simulieren. Die Simulationen zeigen eine Rückhalteeffizienz von 𝜂 > 0,94. Die Rückhalteeffizienz setzt sich dabei aus der Partikelrückhaltung innerhalb der Venturidüse und der Partikelrückhaltung, welche durch die Wasserüberdeckung hervorgerufen wird, zusammen.