Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Heiße Filme: Wasser-Dampf-Strömungen vor der Kamera

07.05.2009
Das FZD auf der Jahrestagung Kerntechnik vom 12. - 14. Mai in Dresden

Das hat vorher noch niemand gesehen - Wasser-Dampf-Strömungen bei 50-fachem Normaldruck und einer Temperatur von 264 Grad! Solche Strömungen träten z.B. im Primärkreislauf von Druckwasser-Reaktoren auf, wenn es zu einem Leckstörfall käme.

Für die Sicherheitsbewertung von Kernkraftwerken sind realitätsnahe Experimente zu möglichen Störfällen unverzichtbar. Im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) können Wissenschaftler thermohydraulische Phänomene postulierter Störfälle bei hohem Druck und hohen Temperaturen simulieren und mit Hochgeschwindigkeitskameras beobachten.

Flüssigkeits-Gas-Strömungen haben zahlreiche Anwendungen in der Chemie-, Öl- und Energiewirtschaft. In kerntechnischen Anlagen ist die Kenntnis der Strömungsvorgänge besonders wichtig, um die Sicherheit der Anlagen bewerten zu können. So fließt zum Beispiel in einem Druckwasser-Reaktor im ersten Kreislauf normalerweise nur Wasser unter hohem Druck und bei Temperaturen um 300° C. Die im Reaktor in Form von Wärme freiwerdende Energie wird durch das Wasser aufgenommen und in einem Dampferzeuger an einen zweiten Kreislauf abgegeben, der die Turbinen mit Dampf versorgt. Käme es im ersten Kreislauf zu einem Leck, würde in diesem infolge des damit verbundenen Druckabfalls Dampf entstehen. Zahlreiche aktive und passive Maßnahmen sind vorgesehen, um in einem solchen Störfall das sichere Abschalten und Kühlen des Reaktorkerns zu gewährleisten.

Eine der Aufgaben des Instituts für Sicherheitsforschung im FZD ist es, Strömungsphänomene für Wasser-Dampf-Strömungen in Teilbereichen des nuklearen Kühlkreislaufs experimentell zu untersuchen und zu modellieren. Da solche Experimente aus Kostengründen nicht im Maßstab 1:1 durchgeführt werden können, sollen ausgefeilte Computersimulationen der Strömungsvorgänge helfen, die experimentellen Ergebnisse von skalierten Versuchsanlagen auf den realen Maßstab zu übertragen.

Für solche Experimente steht im FZD die TOPFLOW-Anlage zur Verfügung. TOPFLOW ist das Kürzel für "Transient twO-Phase FLOW" (transiente Zweiphasen-Strömung) und ist eine der großen Versuchsanlagen im Forschungszentrum. Die Anlage dient der experimentellen Untersuchung von Dampf-Wasser- und Luft-Wasser-Strömungen. Ein elektrischer Dampferzeuger mit einer Leistung von 4 Megawatt erlaubt die Erzeugung von bis zu 1,5 Kilogramm Dampf pro Sekunde bei 7 Megapascal, d.h. dem 70-fachen des normalen Luftdrucks.

Bisher war es unmöglich, Strömungen von Wasser und Dampf bei hohem Druck und hohen Temperaturen großflächig sichtbar zu machen, denn Anlagenkomponenten, die solchen Drücken standhalten müssen, sind üblicherweise aus massivem Stahl, sind also für Kameras undurchdringbar. Eine am FZD entwickelte Versuchstechnik erlaubt es, Experimente zu unterstellten Störfällen in Kernreaktoren in einer Druckkammer zu betreiben. In dieser Kammer stehen die eigentliche Versuchsstrecke und die Behälter-Atmosphäre im Druckausgleich, so dass die Konstruktionskomponenten des Versuchsaufbaus keinen hohen Druckdifferenzen ausgesetzt sind. Damit können die Wände der Komponenten mit großen Beobachtungsfenstern versehen werden, was den Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Videokameras erlaubt. Die so gewonnenen Daten sind wegen ihrer hohen Orts- und Zeitauflösung einmalig und sind mittlerweile auch international begehrt. Partner in aller Welt haben mit dem FZD Kooperationsverträge geschlossen, um diese Daten zu nutzen. Vor allem werden die experimentellen Daten benötigt, um Strömungsberechnungsverfahren wie "Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes" weiterzuentwickeln. Diese Programme dienen zur dreidimensionalen Strömungssimulation.

Videobeobachtungen sind dafür besonders wertvoll, weil sie Daten in hoher Zeit- und Ortsauflösung liefern. Deshalb werden sie schon lange z. B. zur Untersuchung von Luft-Wasser-Strömungen in Plexiglas-Kanälen bei Umgebungsdruck eingesetzt. Diese Experimentiertechnik ist aber nur mit Hilfe der aufwändigen Druckkammertechnik auf Wasser-Dampf-Strömungen unter hohem Druck übertragbar. Mit der am FZD nunmehr verfügbaren neuen Drucktank-Technologie können thermohydraulische Versuchsstände bis 7 Meter Länge und 2 Meter Höhe im Druckgleichgewicht betrieben werden.

Weltweit erstmalig wurden so im FZD komplexe Dampf-Wasser-Strömungen bei einem Druck bis zu 5 Megapascal großflächig (ca. 1 auf 1 Meter) mit einer Hochgeschwindigkeits-Videokamera beobachtet. Die Geometrie ist dabei an den so genannten Heißstrang eines deutschen Druckwasser-Reaktors angelehnt. So bezeichnet man jene große Rohrleitung, in der das heiße Kühlwasser vom Reaktor zum Dampferzeuger fließt. Dampf und Wasser strömen in dieser Leitung bei einem Störfall in entgegen gesetzten Richtungen und behindern sich gegenseitig. Der Dampfstrom begrenzt den maximal möglichen Wasserstrom, der in den Reaktorkern zurückfließt und zur Kühlung des Kerns beiträgt. Die genaue Kenntnis über diese Begrenzung des Wasserstroms ist für Sicherheitsanalysen entscheidend.

Die neuen Ergebnisse aus der Videobeobachtung von Dampf-Wasser-Strömungen unter Druck werden beispielsweise im Rahmen einer Kooperation mit dem Softwareentwickler ANSYS direkt in die Entwicklung eines der führenden Programme zur Strömungssimulation, dem Programm CFX, eingespeist. Die Daten bilden so eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung dieses Computerprogramms und können damit am Ende für die Auslegung, Optimierung und Sicherheitsanalyse von Kernkraftwerken und anderen technischen Anlagen genutzt werden. Erst wenn Computerprogramme die komplizierten Dampf-Wasser-Strömungen richtig berechnen können, wird man auf derart aufwendige Experimente verzichten können.

Diese und weitere Ergebnisse aus dem Programm "Nukleare Sicherheitsforschung" des FZD werden auf der Jahrestagung Kerntechnik 2009 vom 12. bis 14. Mai im Internationalen Kongresszentrum Dresden vorgestellt.

Weitere Informationen:
Dr. Dirk Lucas
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Institut für Sicherheitsforschung
Tel.: 0351 260 - 2047
Email: d.lucas@fzd.de
Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit im FZD
Bautzner Landstr. 400, 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Email: presse@fzd.de
Information:
Das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) hat das Ziel, strategisch und langfristig ausgerichtete Spitzenforschung in politisch und gesellschaftlich relevanten Forschungsthemen wie Energie, Gesundheit und Schlüsseltechnologien zu leisten. Folgende Fragestellungen stehen dabei im Mittelpunkt:
- Wie verhält sich Materie unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
- Wie können Tumorerkrankungen frühzeitig erkannt und wirksam behandelt werden?
- Wie schützt man Mensch und Umwelt vor technischen Risiken?
Diese Fragestellungen werden in strategischen Kooperationen mit Forschungs- und Industriepartnern bearbeitet. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Betrieb von sechs einmaligen Großgeräten, die auch externen Nutzern zur Verfügung stehen.

Das FZD wird von Bund und Land gefördert und beschäftigt rund 750 Personen. Bei der Auswahl neuer Mitarbeiter stehen Qualität und Internationalität an erster Stelle. Die Ausbildung von wissenschaftlichem und technischem Nachwuchs erfolgt auf hohem Niveau und in enger Zusammenarbeit mit den Hochschulen. Auf die Vereinbarkeit von Familie und Beruf achtet das FZD in besonderem Maße.

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Veranstaltungsnachrichten:

nachricht Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University
18.10.2017 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft
18.10.2017 | gbo datacomp GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Veranstaltungsnachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

18.10.2017 | Medizin Gesundheit

Rittal Klima-Tipps: Ist ein Kühlgerät wirklich nötig?

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik