3D Turbulenzmessungen in Zweiphasenströmungen zur Validierung von CFD-Methoden im Bereich der Reaktorsicherheit (2PhaseMRV)

Abstract

Die Magnetresonanzvelocimetrie (MRV) wurde in diesem Projekt erfolgreich für die Untersuchung von Zweiphasenströmungen eingesetzt, um „CFD-grade“-Validierungsdaten zu generieren. Im Rahmen des Projekts wurden hochwertige experimentelle Daten zu Luftanteilen, Geschwindigkeitsverteilungen und Turbulenzstatistiken in dispersen Wasser-Luft-Strömungen erhoben. Diese Daten sind essenziell für die Validierung numerischer Simulationen, insbesondere unter Bedingungen, die in der Reaktorsicherheitsforschung relevant sind. Die Untersuchungen umfassten sowohl akademische als auch industrielle Benchmarks. In beiden Benchmarks wurden detaillierte 3D- und 2D-Messungen durchgeführt, die als Referenzdaten und Randbedingungen für CFD-Modelle dienen können. Diese Messungen wurden im Fall des akademischen Benchmarks mit optischen zeitaufgelösten Messmethoden ergänzt. Der industrielle Benchmark konzentrierte sich auf eine realistische Reaktorströmung, einschließlich einer Lufteinblasung vor einem Mischgitter. Dabei konnten präzise Geschwindigkeitsfelder, Luftanteile und Reynolds-Spannungstensoren mit einer räumlichen Auflösung von 1,5 mm erfasst werden. Diese umfassenden Datensätze bieten nicht nur wertvolle Erkenntnisse für die Reaktorsicherheitsforschung, sondern können auch in anderen ingenieurwissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt werden. Das Projekt demonstriert das Potenzial von MRV als nicht-invasive Messtechnik zur Untersuchung komplexer Strömungsphänomene und stellt einen wichtigen Fortschritt in der Validierung von CFD-Methoden dar.

Magnetic Resonance Velocimetry (MRV) was successfully utilized in this project to investigate two-phase flows and generate "CFD-grade" validation data. High-quality experimental datasets were collected, including void fractions, velocity distributions, and turbulence statistics in bubbly flows. These data are essential for validating computational fluid dynamics (CFD) simulations, particularly under conditions relevant to reactor safety research. The research encompassed both academic and industrial benchmarks. The academic benchmark involved detailed 3D and 2D measurements, which serve as validation data and optional boundary conditions for CFD models. The industrial benchmark focused on a realistic reactor environment, featuring air injection before a mixing grid. Innovative MRV methods were employed, enabling three-dimensional analysis of turbulent flows without the limitations of optical techniques. With a spatial resolution of up to 1.5 mm, precise measurements of velocity fields, phase fractions, and Reynolds Stress Tensors were achieved. These comprehensive datasets offer valuable insights for the field of reactor safety research and also have potential applications in other engineering disciplines. The project demonstrates the capabilities of MRV as a non-invasive technique for studying complex flow phenomena and represents a significant advancement in the validation of CFD methods.