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Dr.-Ing. Martin Bruschewski

Statikgebäude (Haus IV) / Raum 118
MRI flow lab

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martin.bruschewskiuni-rostockde

Übersicht

2phaseMRV

Motivation
Ziele
Arbeitsplan
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2phaseMRV: 3D Turbulenzmessungen in Zweiphasenströmungen zur Validierung von CFD-Methoden im Bereich der Reaktorsicherheit

Nukleare Sicherheitsforschung – Kompetenzerhalt in der Kerntechnik (BMUV)

Motivation

Je nach Reaktortyp und Betriebsweise treten im Kern eines Reaktors Siedezustände auf, die im Extremfall zur Zerstörung der Brennelemente führen können. Die zuverlässige und detaillierte Vorhersage dieser Zweiphasenströmungen ist außerordentlich wichtig um zukünftige Reaktortypen vollständig sicherheitstechnisch bewerten zu können. Ein essentieller Bestandteil bei der Sicherheitsbewertung zukünftiger Reaktorkonzepte ist die numerische Strömungssimulation (CFD, Computational Fluid Dynamics). Das übergreifende Ziel ist es also, CFD-Methoden zu ertüchtigen, kritische Zustände in Zweiphasenströmungen vorauszusagen und somit zukünftige Reaktortypen sicherheitstechnisch zu optimieren. Dieses Vorhaben bildet die Grundlage zur Erreichung dieses Ziels in Form von experimentellen Vergleichsdaten, mit denen diese CFD-Methoden validiert werden können.

Ziele

In diesem Vorhaben soll die Messtechnik Magnetic Resonance Velocimetry (MRV) weiterentwickelt werden, um das Strömungsfeld in Zweiphasenströmungen möglichst exakt messen zu können. Der Fokus liegt hierbei auf die Generierung von experimentellen Daten in isothermen Gas-Wasser Strömungen. Die zu entwickelnde Messtechnik soll im gesamten Strömungsvolumen folgende physikalischen Größen erfassen:

  • 3D zeitlich-gemittelter Geschwindigkeitsvektor in der Flüssigkeitsphase,
  • 3D Turbulenzstatistik in der Flüssigkeitsphase in Form des Reynolds’schen Spannungstensors,
  • 3D zeitlich-gemittelte Verteilung der Gasphase (Blasenverteilung).
Nahaufnahme einer dispergierten Gas-Flüssigkeits-Strömung
Nahaufnahme einer dispergierten Gas-Flüssigkeits-Strömung
Messung einer gasbeladenen Rohrströmung im MRT
Messung einer gasbeladenen Rohrströmung im MRT

Arbeitsplan

Die zu entwickelnde MRV-Turbulenzmesstechnik muss validiert werden. Es werden spezielle Referenzsysteme entworfen werden, die eine genau kontrollierbare Blasenverteilung in Zweiphasenströmungen bereitstellen und für die es hochwertige Literaturdaten gibt. Fortlaufend fließen die experimentellen Daten neue Erkenntnisse in die Messtechnikentwicklung ein und werden direkt umgesetzt. Die Forschungspartner von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt und University of Minnesota stehen hier unterstützend zur Seite. Am Ende werden, zusammen mit den Partnern Framatome GmbH und Ontario Tech, ein akademischer und ein industrienaher Benchmark-Test für die Validierung von CFD-Methoden für Zweiphasenströmungen ausgewählt. Die Benchmark-Tests werden in öffentlichen Datenbanksystemen zur Verfügung gestellt.

Informationen zum Forschungsprojekt

Antragsteller / Bearbeiter S. Grundmann, M. Bruschewski / D. Frank
Laufzeit 2022 - 2024
Finanzierung Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV)