bericht forschungs· und entwicklungsarbeiten im jahre ... - Bibliothek

fungen liefert, hängt nicht zuletzt davon ab, wie die
bei der Behandlung solcher Verstopfungen auftretenden
Rechenprobleme gelöst werden können.
Lokales Sieden
Zur Beschreibung der Vorgänge bei lokalem Natriumsieden
wurde ein theoretisches Modell entwickelt.
Dem Modell liegt die Annahme des EinzeIblasensiedens
bei erheblichem Siedeverzug zugrunde. Es berücksichtigt
die thermohydraulischen Besonderheiten
eines Brennstabbündels. In der numerischen Rechnung
wurde u. a. der Einfluß des Siedeverzugs und
des Temperaturfeldes in dem kühlungsgestörten Bereich
parametrisch untersucht. Die Ergebnisse der
Analyse lassen erwarten, daß selbst bei hoher Siedeüberhitzung
von mehr als 100°C die einzelnen Dampfblasen
innerhalb von etwa 30 msec vollständig kondensieren
und daß eine überhitzung der Brennstabhüll
rohre innerhalb der Dampfblasen während dieser
Zeit ausgeschlossen werden kann. Ein weiteres wichtiges
Ergebnis ist, daß bei erheblichem Siedeverzug die
rasche Volumenänderung einzelner Siedeblasen
Schwankungen der Kühlmittelgeschwindigkeit am
Brennelementaustritt verursacht, die mit einem elektromagnetischen
Durchflußmesser detektierbar sind.
Diese auf theoretischem Weg gewonnenen Ergebnisse
bedürfen noch einer experimentellen Bestätigung, vor
allem wegen der Unsicherheit in den Annahmen über
die auftretende Siedeüberhitzung und die Temperaturverteilung
in kühlungsgestörten Zonen eines Brennelements.
Integrale Kühlungsstörungen
Die experimentellen Arbeiten zum Kühlmittelsieden
in Brennelementen schneller Reaktoren wurden für
den Fall integraler Kühlmitteldurchsatzstörungen abgeschlossen.
Im Natriumsiedekreislauf (NSK) wurden
in einer Teststrecke mit Ringspaltgeometrie (dh =
4 mm), die den hydraulischen Verhältnissen eines
Unterkanals des SNR-Brennelementes (dh = 5 mm)
weitgehend entspricht, weitere 70 erfolgreiche Versuche
durchgeführt. Die Versuche lieferten vertiefte
Erkenntnisse zu folgenden drei Problemkreisen:
1. Natriumejektion ausgehend von einer vollständigen
Blockade des Kühlkanals bei hoher Heizleistung «
100 W/cm 2 ). Hier wurden die Vorjahresergebnisse,
die mit rohrförmigen Teststrecken gewonnen wurden,
weitgehend bestätigt. Auf Grund des geringeren
hydraulischen Durchmessers der Ringspaltgeometrie
gegenüber den Versuchen mit rohrförmigen
Teststrecken (dh = 9 -12 mm) waren folgende
Phänomene stärker ausgeprägt:
Das Natrium dringt nach der Siedeejektion
praktisch nicht mehr in den beheizten Teil der
Teststrecke ein.
Der vom Primärausstoß verbleibende Natrium­
Restfilm ist sehr dünn. Eine Kühlung durch
Restfilmverdampfung ist daher im Falle der
Siedeejektion fast vernachlässigbar.
Der Druckverlust in der Dampfströmung ist so
groß, daß in einer größeren Zahl von Experimenten
die Schallgeschwindigkeit erreicht wurde.
Dies führt dazu, daß während der ohnehin
schon sehr kurzen Zeit der Filmkühlung die
Temperaturen im Kanal weiter ansteigen.
2. Natriumejektion, ausgehend von einer vollständigen
Blockade des Kühlkanals bei niedriger Heizleistung
« 40 W/cm 2 ). Zur Beurteilung von Problemen
der Nachglühwärmeabfuhr aus dem SNR wurde
untersucht, welche Wärmeleistungen an einem
Kühlkanal unter der oben angegebenen Randbedingung
stationär abführbar sind.
Für den SN R-Unterkanal liegt die Grenze bei
einer spez. Leistung von 10 ~ 15 W/cm 2 •
Die kompakte Natriumsäule dringt nicht oder
nur unwesentlich in den Kanal vor. Die Kühlung
wird durch einen an den Oberflächen entgegen
der Dampfströmung herabrieselnden Film bewirkt.
3. Natriumsieden bei Zwanskonvektion und stark gedrosseltem
Du rchsatz.
Stationäres Sieden konnte nur dann erreicht
werden, wenn geringe Gasmengen in die
Kühlmittelströmung injiziert wurden. Das Auftreten
von Siedeverzügen wurde damit unterbunden.
Ohne Gasinjektion stellte sich pulsierendes Sieden
ein. Der kritische Wärmefluß wird dann
schon bei geringer spez. Heizflächenleistung
und kleinerem Dampfgehalt erreicht. Eine zusammenhängende
analytische Darstellung dieses
Siedephänomens ist z. Z. nicht möglich.
Der kritische Wärmefluß für die Testanordnung
beim staionären Sieden ist mittels Grenzkurven
in Abhängigkeit von Dampfgehalt und Siededruck
darstellbar, Für die Bedingungen des SNR
wurde durch Extrapolation der Versuchsergebnisse
der kritische Wärmefluß zu 200 W/cm 2
bei einem Dampfgehalt von X=0,15 besti mmt.
über die theoretischen und experimentellen Arbeiten
auf dem Gebiet des Kühlmittelsiedens in Natrium­
Reaktoren wurde auf verschiedenen Konferenzen und
in Zeitschriften berichtet (3947, 3951, 3957, 3962,
3967, 3975). Als Ergänzung zu den beschriebenen
Arbeiten wurden die 1969 begonnenen stationären
Siedeexperimente (3948, 3977) im NSK fortgesetzt.
Zur Simulation der im Reaktor vorliegenden Bedingungen
(lange Kühlkanäle, konstante Druckdifferenz
zwischen Ein- und Austritt) war die Teststrecke mit
einem vorgeschalteten Drosselventil und einem unbeheizten
Bypass versehen. Die spez. Flächenleistung
wurde zwischen 100 und 450 W/cm 2 variiert.
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