Modellentwicklung zur Bestimmung von Pool Scrubbing und Validierung des COCOSYS 3.0 Venturiwäschermodells - Technischer Fachbericht PSS-TR-27 zum Vorhaben BMUV 1501618: Analytische und experimentelle Untersuchungen zur Partikelrückhaltung in Flüssigkeitsvorlagen (APVOR)

Abstract

Der vorliegende Bericht ist der dritte Technische Fachbericht 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 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 Validierung eines Venturidüsen-Ansatzes in COCOSYS. Dazu werden in diesem Bericht die Erstellung und die Validierung des Modells dargestellt sowie die Validierung des Venturidüsen-Ansatzes durchgeführt. Anhand einer umfangreichen Datenbasis aus experimentellen Vorhaben werden Versuche ausgewählt und durch verschiedene Analysen, wie den Pearsonkoeffizienten und Trends in den Daten, Zusammenhänge zwischen den Randbedingungen und der Rückhalteeffizienz aufgezeigt. Es wird eine Modellstruktur erprobt, die die Rückhalteeffizienz basierend auf Überdeckung und Partikeldurchmesser beschreibt, wodurch bereits eine hohe Übereinstimmung mit experimentellen Daten für nicht kondensierbare Gase erzielt wird. Aufbauend auf den durchgeführten Analysen und der erprobten Modellstruktur wird ein Modell basierend auf verschiedenen Koeffizienten erstellt, die einer logistischen Funktion folgen. Das Modell wird anhand von ausgewählten Experimenten validiert und mit bestehenden korrelativen Ansätzen verglichen. Die durchgeführten Vergleichsrechnungen zeigen eine hohe Übereinstimmung mit experimentellen Daten und eine Verbesserung gegenüber vergleichbaren Ansätzen, wobei das verwendete Kondensationsmodell Entwicklungspotenzial bietet. Infolge des Reaktorunfalls im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi sind FCVS (Filtered Containment Venting Systems) noch stärker in den Fokus gerückt. In diesem Zusammenhang steht in der COCOSYS Version 3.0 ein Venturidüsen-Ansatz zur Verfügung. In dieser Arbeit werden vergleichende Berechnungen für Experimente der Harbin Engineering University unter Verwendung von COCOSYS 3.0 durchgeführt, um den Ansatz zu bewerten. Die Simulationsergebnisse werden mit den experimentellen Daten bezüglich der Partikelrückhaltung von Aerosolen in Flüssigkeitspools verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass der nicht-mechanistische Ansatz nicht auf die Venturidüsen-Geometrien der Harbin-Experimente anwendbar ist, da der Ansatz auf Experimenten mit Venturidüsen mit kurzem Venturirohr basiert. Der Ansatz wurde daher auf der Grundlage des Korrelationssystems von Calvert et al. erweitert. Eine Berechnung der Rückhalteeffizienz ist nun zusätzlich für drei Geometrien der Harbin-Experimente als Funktion des Volumenstroms und des Partikeldurchmessers möglich.