COSMOS-H (Anlage im Bau)

Critical heat flux On Smooth and MOdified Surfaces – High pressure loop

Kontakt: stephan.gabriel∂kit.edu; giancarlo.albrecht∂kit.edu

Die Thermohydraulik-Versuchsanlage COSMOS-H wird für die Untersuchung von Siedephänomenen und komplexen Strömungsphänomenen die in Kraftwerken auftreten können errichtet. Sie wird zunächst im Rahmen der Reaktorsicherheitsforschung  von der Gruppe 'Mehrphasenströmungen' am Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) eingesetzt. Nach der Inbetriebnahme können physikalische Vorgänge, wie die bei Erreichen der kritischen Wärmestromdichte auftretende Siedekriese, unter prototypischen thermodynamischen Bedingungen mit Drücken bis zu 170 bar und Temperaturen bis zu 360°C untersucht werden. Dabei steht eine Heizleistung für die Beheizung und Verdampfung des Arbeitsmediums Wasser von knapp 2 MW zur Verfügung.

1. CAD Modell der Hochdruckanlage Ansicht aus Norden

Darüber hinaus ermöglicht COSMOS-H die Untersuchung von Fragestellungen zur Wärmeübertragung und Material- und Komponentenerprobung, die auf dem Gebiet der Kraftwerkstechnik, sowie in der Chemie- und Verfahrenstechnik von Interesse sind. Die besondere Qualität der experimentellen Ergebnisse entsteht durch die einzigartige Kombination des hohen Instrumentierungsgrades von Anlage und Teststrecke bei gleichzeitig hohen Drücken und Temperaturen.

Tabelle 1 - Auslegungsparameter der Anlage

Für das Verbundprojekt NUBEKS (Numerische Beschreibung kritischer Siedevorgänge) werden in Kooperation mit dem Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) Messungen für die Entwicklung und Validierung von neuen CFD-Codes zur Berechnung und Prognose der Siedekrise durchgeführt. Dabei sollen die bei einsetzender Siedekrise auftretenden Strömungszustände unter reaktortypischen Bedingungen vollumfänglich erfasst werden. Zu diesem Zweck baut das TVT derzeit eine modulare Hochdruckteststrecke mit umfangreicher Instrumentierung.

2. CAD Modell der Hochdruckanlage Ansicht aus Westen

Diese modulare Teststrecke wird, trotz der anspruchsvollen Betriebsbedingungen, auch mit mehreren Schaugläsern ausgerüstet sein. Diese ermöglichen es, zusätzlich zur konventionellen Instrumentierung, auch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Strömung herzustellen und optische Messmethoden einzusetzen. Im Rahmen von NUBEKS werden an dieser Teststrecke Untersuchungen an einem einzelnen beheizten Stab im Ringspalt durchgeführt. Im weiteren Projektverlauf sind auch Messungen an einem Stabbündel geplant.   

3. CAD-Modell der Teststrecke