Verbundprojekt DebriSafe: Studie zur Strömungsinteraktion und Partikelabscheidung an Brennelementfuß und Mischungsgitter bei Betriebs- und Störfallbedingungen; Teilprojekt: Experimentelle Arbeiten

Abstract

Im Projekt DebriSafe wurde die Magnetresonanzvelocimetrie (MRV) erfolgreich zur Untersuchung von komplexen Reaktorströmungen eingesetzt, um experimentelle "CFD-grade"-Validierungsdaten zu erzeugen. Dabei konnten erstmals hochwertige Messdaten zur Durchströmung eines Brennelementfußes erhoben werden - bisher existierten keine vergleichbaren Experimente, die Geschwindigkeiten und Turbulenz in komplexen Debrisfiltern erfassen. Die MRV ermöglichte eine detaillierte Auflösung des Strömungsverhaltens in den einzelnen Filterzellen. Zudem wurde der Filter gezielt mit drahtähnlichen bzw. zylindrischen Partikeln verstopft, um deren Einfluss auf die Strömung quantitativ zu bestimmen. Die Messauflösung betrug 1 mm pro Voxel und ergab mehrere Millionen Datenpunkte pro Messung. Aus den MRV-Daten lassen sich sowohl die genaue Position der Partikel im Filter als auch deren Einfluss auf das Geschwindigkeitsfeld rekonstruieren. Diese Datensätze sind von zentraler Bedeutung für die Validierung numerischer Strömungssimulationen unter reaktorsicherheitsrelevanten Bedingungen. Die untersuchte Filtergeometrie dient dabei als akademischer und industrieller Benchmark. Die gewonnenen Referenzdaten und Randbedingungen können direkt zur Entwicklung und Validierung von CFD-Modellen herangezogen werden. Ergänzend zu den MRV-Messungen wurden optische Untersuchungen durchgeführt, bei denen eine Hochgeschwindigkeitskamera die komplexen Trajektorien der zylindrischen Partikel erfasste. Insgesamt liefert das Projekt umfassende Datensätze, die nicht nur neue Erkenntnisse für die Reaktorsicherheitsforschung bieten, sondern auch in anderen ingenieurwissenschaftlichen Anwendungen genutzt werden können. Es demonstriert das Potenzial der MRV als nicht-invasive Messtechnik zur Untersuchung komplexer Strömungsphänomene und stellt einen wichtigen Fortschritt in der Validierung moderner CFD-Methoden dar.