Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6724

Thermal-Hydraulic Model of the Helium-Cooled Pebble Bed Test Blanket Module for ITER FEAT

K. Kleefeldt

Abstract
Within the European fusion programme several test blanket modules (TBMs) are under development to be tested in the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). The TBM prepared by Forschungszentrum Karlsruhe GmbH represents the helium-cooled pebble bed blanket (HCPB) considered as a viable concept for future fusion reactors. A safety assessment has to demonstrate that the HCPB TBM with its own cooling system does not impede the safe operation of ITER under normal and accidental conditions. For conducting the highly transient accident sequences of the loss of coolant type, a RELAP model has been developed for the HCPB TBM system. The present report describes in detail the modelling for both the TBM proper as a network of numerous parallel and serial flow channels, and the external cooling circuit with circulator, heat exchanger, heater, piping system, etc. According to the RELAP/MOD3.2 manual breakdown, for each component the characteristics are defined in separate sections, i.e., hydrodynamics, heat structures, material properties, and power sources. While the results of the safety study are documented in a different report, this work includes selected results of the steady state behaviour of the system in terms of gross parameters, hydrodynamic quantities, and temperature distributions in coolant and heat structures. Lessons learned from code application and appropriate further model extensions are outlined. Detailed data and program listings are given in three appendices.

Thermohydraulisches Modell des Helium-Cooled Pebble Bed Test Blanket Moduls für ITER-FEAT

Zusammenfassung
Im Rahmen des Europäischen Fusionsprogrammes werden derzeit verschiedene Test Blanket Module (TBM) entwickelt, die in ITER, dem „International Thermonuclear Experimental Reactor”, erprobt werden sollen. Das vom Forschungszentrum Karlsruhe GmbH vorbereitete TBM spiegelt ein mit Helium gekühltes Feststoff-Blanket (engl. helium-cooled pebble bed blanket, HCPB) wider, das als ein mögliches Konzept für künftige Fusionsreaktoren angesehen wird. Eine Sicherheitsbetrachtung soll zeigen, daß das Testmodul mit seinem Kühlkreislauf den sicheren Betrieb der ITER-Anlage unter Normalbedingungen und bei Störfällen nicht beeinträchtigt. Für die Analyse dieser schnell ablaufenden Störfälle, z. B. bei plötzlichem Kühlmittelverlust, wurde ein Modell des HCPB TBM für den Rechencode RELAP erstellt. Im vorliegenden Bericht ist diese Modellierung für das TBM selbst mit seinem Netzwerk vieler parallel- und in Reihe geschalteter Komponenten sowie für den externen Kühlkreislauf mit Gebläse, Wärmetauscher, Heizer, Rohrleitungssystem etc. im Detail beschrieben. Entsprechend der Gliederung im RELAP/MOD3.2 Handbuch werden die Eigenschaften der Komponenten in Unterkapiteln definiert, also bezüglich Hydrodynamik, wämeführender Strukturen, Werkstoffeigenschaften und Wärmequellen. Während Ergebnisse aus der Sicherheitsanalyse in einem getrennten Bericht dokumentiert sind, enthält die vorliegende Arbeit einige Ergebnisse zum stationären Systemverhalten in Bezug auf integrale Parameter, hydrodynamische Größen und Temperaturverteilungen im Kühlmittel und in Wärmestrukturen. Einige Erfahrungen aus der Anwendung des Codesystems sowie zweckmäßige Ergänzungen zum erstellten Modell werden angesprochen. Ein detaillierter Datenteil und Programm-Auflistungen befinden sich in drei Anhängen.

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