Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES)

Thermohydraulik von Schwermetallschmelzen

Im KArlsruhe Liquid Metal LAboratory (KALLA) werden verschiedene grundlagen- und anwendungsorientierte Versuche zur Thermofluiddynamik von flüssigen Metallen durchgeführt. Hierzu stehen meh-rere Flüssigmetallkreisläufe mit den Arbeitsmedien Blei, Blei-Wismuth, Natrium und Indium-Gallium-Zinn zur Verfügung. Die Größe der KALLA-Flüssigmetallkreisläufe ermöglicht unter anderem 1:1-Modellversuche für die Stabbündelkühlung mit Blei-Wismut. Zudem verfügt das Labor über zwei Wasserkreisläufe. Eine umfassende Messtechnikausstattung mit Laser-Doppler-Anemometrie (s. Abb. Geschwindigkeitsmessung in einem Stabbündel), Particle-Image-Velocimetry, Durchfluss- und Druckmesstechnik, Temperaturmesstechnik sowie lasergestützter Oberflächenmesstechnik ermöglicht die umfassende Charakterisierung der untersuchten thermofluiddynamischen Effekte.

 

Thermofluiddynamik

 

Forschungsziel
Das Spektrum der Arbeiten reicht von der Messtechnikentwicklung über Grundlagenversuche zu Strömung und Wärmeübergang in generischen (s. Abb. beheizter Stab im zylindrischen Rohr) und komplexen Geometrien bis zur Erforschung des Verhaltens von freien Oberflächenströmungen [1]. Ziel ist dabei immer die Entwicklung von Modellbeschreibungen für die untersuchten Phänomene, die dann die Basis für die Auslegung von Komponenten z.B. für spaltmaterialfreie Neutronenquellen für Material- und Medizinforschung oder zur Sicherheitsbewertung von in europäischen Verbundprogrammen untersuchten Konzepten zur Transmutation langlebiger in kurzlebige Spaltprodukte bilden.

 

Im Rahmen einiger Pilotstudien wird am Karlsruhe Liquid Metal LAboratory (KALLA) untersucht, wie Komponenten aus der Energieübertragungskette eines konzentrierenden Solarkraftwerks auf Basis von Flüssigmetallen dargestellt werden können. Es geht dabei speziell um Hochtemperaturreceiver, -speicher und -übertragungssysteme. Grundsätzlich bieten Flüssigmetalle aufgrund ihrer exzellenten Wärmeübertragungseigenschaften sowie ihres Wärmespeichervermögens bei hoher Temperatur das Potential, die zeitliche Verfügbarkeit und den Wirkungsgrad eines solarthermischen Kraftwerks zu erhöhen [2]. Im Zuge der Arbeiten ist eine Pilotanlage errichtet und in Betrieb genommen worden. mehr

 

Referenzen:

[1] Pacio, J., Daubner, M., Fellmoser, F., Litfin, K. & Wetzel, T. (2018). Heat transfer experiment in a partially (internally) blocked 19-rod bundle with wire spacers cooled by LBE, Nuclear Engineering and Design 330, 225–240.

[2] Pacio, J. & Wetzel, T. (2013). Assessment of liquid metal technology status and research paths for their use as efficient heat transfer fluids in solar central receiver systems, Sol. Energy 93, 11–22.

 

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Thomas Wetzel
Tel. 0721/608-46447
thomas.wetzel∂kit.edu