Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6056

Kurzfassung

In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgemeinschaft "Innovative Kerntechnik" (AGIK) werden experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Entwicklung innovativer Reaktorkonzepte durchgeführt, die in unterschiedlicher Weise eine verbesserte Sicherheitstechnik anstreben. Überlegungen der Technischen Universität Karlsruhe und des Forschungszentrums Karlsruhe zu einem Verbundcontainment gehen von einer passiven Containment-Kühlung mit Luft aus. Zur verläßlichen Auslegung einer Containment-Kühlung durch Naturkonvektion an Luft reichen die derzeit verfügbaren Berechnungsgrundlagen nicht aus. Experimentelle Untersuchungen werden daher an der Versuchsanlage PASCO des Forschungszentrums Karlsruhe durchgeführt. Von der Technischen Universität Karlsruhe werden versuchsbegleitende Rechnungen mit einem mehrdimensionalen Rechencode und Modellverbesserungen durchgeführt.

Zu diesem Zweck ist ein neues Strahlungsmodell entwickelt worden. Dabei wird ein analytisches Verfahren zur Berechnung des Winkelverhältnisses entwickelt. Die Makroelement-Methode wird eingeführt, um die numerische Effizienz zu verbessern. Numerische Untersuchungen zeigten, daß der CFD-Code FLUTAN, zusammen mit dem Strahlungsmodell, ein effizientes und zuverlässiges Werkzeug ist, um das Strömungs- und Wärmeübergangsverhalten im betrachteten System zu untersuchen.

Development of analytical methods for designing a containment cooling system by natural air convection

Abstract

In cooperation with the other members of the working group "Innovative Kerntechnik" (AGIK) experimental and theoretical investigations will be performed to develop innovative safety concepts for future nuclear power plants. The University Karlsruhe and the Research Center Karlsruhe have proposed a composite containment concept with a passive containment cooling system based on natural air convection. Experiments are carried out at the PASCO test facility of the Research Center Karlsruhe. The University Karlsruhe performs corresponding numerical calculations with the advanced computer code FLUTAN and investigates physical phenomena involved in natural air convection for the given conditions.

A radiation model has been developed with two new features: analytical method for computing the view factor and the macro-elements method for improving the numerical efficiency. Numerical studies have shown that the CFD code FLUTAN combined with the radiation model developed is an efficient and accurate numerical tool to investigate the flow and heat transfer behaviour in systems considered.