Verifikation des ATHLET-Rechenprogramms im Rahmen der externen Verifikationsgruppe ATHLET (Versuche BETHSY 6.2 TC, BETHSY 7.2c, BETHSY 4.1a, Phase 2) Abschlussbericht

In the framework of the external verification of the fluiddynamic computer code ATHLET developed by GRS post-test analyses of three BETHSY experiments (integral tests at the facility BETHSY in Grenoble) were performed. In test BETHSY 6.2TC (medium break in the cold leg without high pressure injection) the most relevant physical phenomena: depression of the collapsed liquid level in the core, loop seal clearing, flashing of a two-phase mixture during accumulator injection were well simulated. Remaining discrepancies can be explained by an inaccurate modelling of the break mass flow at the transition liquid - vapor flow at stratified flow conditions in the break pipe. The analyses of test BETHSY 7.2c (reflux-condenser mode in the presence of noncondensable gases, e.g. nitrogen, in the primary system) were impaired by extremely high computer time requirements, which prohibited a calculation using a more detailed modelling of the U-tube groups (6-tube model). Using a simplified model for the U-tubes (1-tube model) the space distribution of nitrogen in the U-tubes and in the region of outlet plenum/cold leg could not be simulated with sufficient accuracy having the effect that the overall heat transfer in the steam generator in the presence of nitrogen was overestimated. As a further result of the analysis it could be shown, that the pressure dependence of the drift-flux model for the core is not well accounted for in ATHLET. For test BETHSY 4.1a, Phase 2 (two phase natural circulation in the primary system, low liquid level in the steam generator, reflux-condenser mode) an in-depth analysis was performed using the most recent version ot ATHLET, because discrepancies between measured and calculated data which occured in the later phase of an earlier calculation (project 1500962) had to be clarified. An important finding relates to the extremely 'sensitive behavior' of the calculation during two phase flow with respect to the modelling of slip flow and heat transfer, owing to the low liquid level in the steam generator. Using parametric calculations it could be shown, that the heat transfer coefficient on the primary side of the U-tubes is too high at small void fractions - but too low at high void fractions. In the new calculation discrepancies remain between measured and calculated data with respect to the voiding of the U-tubes before onset of reflux-condenser mode, which can be attributed to small deviations in the water/vapor distribution (slip flow model). Because of the 'extremely sensitive behavior' of the analysis mentioned above this result should not be overrated, however. (orig.)Im Rahmen der externen Verifikation des von der GRS entwickelten fluiddynamischen Rechenprogramms ATHLET wurden Nachanalysen von drei BETHSY-Versuchen (Integralversuche an der Versuchsanlage BETHSY in Grenoble) durchgefuehrt. Bei Versuch BETHSY 6.2TC (mittlerer Bruch im kalten Strang ohne Hochdruckeinspeisung) werden die wesentlichen physikalischen Phaenomene wie: Absenken des kollabierten Fuellstandes im Kern, Freiblasen der Pumpenboegen, Aufschaeumen eines Zweiphasengemisches bei Akkumulatoreinspeisung sehr gut erfasst. Verbleibende Abweichungen koennen auf eine ungenaue Simulation des Bruchmassenstroms waehrend der Uebergangsphase Wasser - Dampfausstroemung bei stratifizierter Stroemung in der Bruchleitung zurueckgefuehrt werden. Die Analysen von Versuch BETHSY 7.2c (Reflux-Condenser Betrieb bei Vorhandensein von nichtkondensierbarem Gas, Stickstoff, im Primaerkreis) waren beeintraechtigt durch einen extrem hohen Rechenzeitbedarf, welcher eine genauere Modellierung der U-Rohrgruppen (6-U-Rohr Modell) nicht ermoeglichte. Bei Verwendung eines vereinfachten Modells (1-U-Rohr Modell) wird die oertliche Verteilung des Stickstoffs sowohl in den U-Rohren als auch im Bereich von Austrittsplenum / kalter Strang nicht genuegend genau erfasst mit dem Ergebnis, dass die Waermeuebertragung im Dampferzeuger in Anwesenheit von Stickstoff ueberschaetzt wird. Als weiteres Ergebnis der Analyse wurde festgestellt, dass der Druckeinfluss des Drift-Flux Modells fuer den Kernbereich ungenau erfasst wird. Versuch BETHSY 4.1a, Phase 2 (Zweiphasennaturumlauf im Primaerkreis, abgesenkter DE-Fuellstand, Reflux-Condenser Betrieb) wurde vertiefend unter Verwendung der neuesten ATHLET Version analysiert, da Klaerungsbedarf hinsichtlich der in einer frueheren Analyse (Vorhaben 1500962) beobachteten starken Diskrepanzen zwischen Messung und Rechnung in einer spaeteren Versuchsphase bestand. Eine wesentliche Erkenntnis betrifft das - durch den niedrigen DE-Fuellstand bedingte - extrem 'sensitive Verhalten' der Rechnung bei Zweiphasenumlauf hinsichtlich der Modellierung von Schlupf bzw. Waermeuebergang. Parameterrechnungen zeigen, dass die primaerseitige Waermeuebergangszahl in den U-Rohren bei kleinen Dampfgehalten zu hoch, bei hohen Dampfgehalten zu niedrig ist. Auch in der neuen ATHLET-Rechnung bestehen Unterschiede zwischen Messung und Rechnung hinsichtlich des Entleerungsvorgangs der U-Rohre vor Beginn von Reflux-Condenser Betrieb, wobei diese auf geringe Abweichungen in der Dampf-/Wasserverteilung (Schlupfmodell) zurueckgefuehrt werden koennen. Audgrund des o.a. 'extrem sensitiven Verhaltens' der Analyse darf dieses Ergebnis jedoch nicht ueberbewertet werden. (orig.)Available from TIB Hannover: RR 2035(68.355-01) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Entwicklung eines Modellkonzeptes fuer die Kontaktkondensation bei Notkuehleinspeisung auf der Basis der HDR-Experimente E33 Abschlussbericht

During emergency coolant injection into the primary system of a LWR with lowered fluid level, condensation takes place at the subcooled injection jet. As a result of the heat transfer, the coolant temperature increases. A theoretical simulation of this thermodynamic process requires an adequate determination of the heat transfer. The scope of the HDR- and Tram-research programs includes the provision of experimental data for development and verification of suitable calculation models. The work begins by presenting the functional dependencies between heat transfer and the experimental parameters. It describes the evaluation of the various experiments, for which a database with characteristic integral parameters is estbalished using a standard data form. Two alternate model concepts are developed for the calculation of the heat transfer in the jet region. Either both model sections, free jet and impingement area, are described separately, or a summarized model is used. Both concepts lead to equally good results. (orig.)Bei der Einspeisung von Notkuehlmittel in den Primaerkreis eines LWR findet im Falle eines bereits abgesunkenen Fluessigkeitsspiegels Kondensation am unterkuehlten Einspeisestrahl statt. Der hier auftretende Waermeaustausch drueckt sich in der Erwaermung des Notkuehlwassers aus. Zur theoretischen Simulation dieser thermohydraulischen Vorgaenge ist die richtige Bestimmung des Waermeuebergangs grundlegende Voraussetzung fuer sachgerechte Ergebnisse. Die HDR- und TRAM-Versuchprogramme dienten u.a. der Bereitstellung experimenteller Daten zur Entwicklung und Verifikation geeigneter Rechenmodelle. Die Arbeit stellt zunaechst die funktionalen Abhaengigkeiten zwischen Waermeuebergang und Versuchsparametern dar. Fuer diese versuchsuebergreifende Auswertung wird mit Hilfe integraler Kenngroessen eine einheitliche Datenbasis fuer alle Experimente geschaffen. Auf dieser Grundlage erfolgt die Entwicklung von zwei alternativen Modellkonzepten zur Berechnung des Waermeuebergangs in der Strahlregion. Dabei werden entweder die beiden Teilbereiche Freistrahl und Strahlaufprall gesondert modelliert oder summarisch beschrieben. Beide Modellkonzepte liefern vergleichbare gute Ergebnisse. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 2035(68.254-01) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Verifikation des ATHLET-Rechenprogramms durch Nachanalysen von BETHSY-Versuchen (BETHSY 4.1a TC und BETHSY 3.4a) Abschlussbericht

To validate the fluid dynamic computer code ATHLET a post-test calculation of experiment BETHSY 4.1aTC was performed. The test objective was the investigation of natural circulation at constant core power (5% nominal power) at different mass inventories in the primary circuit and the steam generators. BETHSY 4.1aTC consists of 2 phases with different liquid levels in the steam generators: Nominal liquid level (H=13.5 m) in phase 1 and reduced liquid level (H=1 m) in phase 2. The results of the post-test calculations of both phases showed excellent agreement with the experimental data (pressure differences in the primary circuit, loop flow rates) before the beginning of vaporization in the U-tubes. Subsequently the calculated results concerning the difference of the average void fraction in the ascending and descending leg of the U-tubes disagreed from the measured data in phase 1 leading to discrepancies between calculated and measured data with respect to the loop flow rates and other physical quantities. In phase 2 of the experiment market cyclic filling and voiding processes in the U-tubes are detected, which are not simulated qualitatively in the calculation. These processes possibly lead to an increase in the global heat transfer between primary and secondary circuit in the experiment which is not predicted in the calculation. As a consequence dry out in the core occurs in the calculation, however not in the experiment. The code version ATHLET Mod 1.1, Cycle A has an increased robustness compared to the predecessor version ATHLET Mod 1.0, Cycle E. This could be demonstrated in a post-test calculation of the BETHSY 3.4a, which was already analysed in project 1500887 using the version ATHLET Mod 1.0, Cycle E. Whereas significant numerical problems (e.g. code breakdowns) occured in the latter calculation, the corresponding simulation using the new version performed smoothly and showed identical results with a reduced computer run time. (orig./HP)Zur Verifikation des fluiddynamischen Rechenprogramms ATHLET wurde eine Nachrechnung des Versuchs BETHSY 4.1a.TC durchgefuehrt. Es handelt sich hierbei um einen Versuch mit Naturumlauf bei konstanter Kernleistung (5% Nominalleistung) mit unterschiedlichem Kuehlmittelinventar im Primaerkreis sowie in den Dampferzeugern. Der Versuch gliedert sich in zwei Phasen mit jeweils unterschiedlichem Fuellstand in den Dampferzeugern: Nominalfuellstand (H=13.5 m) in Phase 1 sowie stark abgesenkter Fuellstand (H=1 m) in Phase 1. Bei den Nachrechnungen wurde in den Versuchsphasen bis zum Beginn der Dampfblasenbildung in den U-Rohren eine gute Uebereinstimmung mit den Messergebnissen festgestellt (z.B. Druckdifferenzen innerhalb des Primaerkreises, Umlaufmassenstrom). Nach der Bildung von Dampf in den U-Rohren des Primaerkreises wird in der Rechnung zu Phase 1 des Experiments die Differenz des mittleren Dampfanteils im aufsteigenden bzw. abfallenden Ast der U-Rohre nicht genau erfasst, wodurch sich Abweichungen im Umlaufmassenstrom sowie bei weiteren Groessen einstellen. In Phase 2 des Experiments werden unter diesen Bedingungen zyklische Auffuell- und Entleerungsvorgaenge in den U-Rohren beobachtet, die in der ATHLET-Rechnung qualitativ nicht ausreichend erfasst werden. Diese Vorgaenge fuehren moeglicherweise zu einer Erhoehung des globalen Waermeuebergangs zwischen Primaer- und Sekundaerkreis. Auch dieser moegliche Folgeeffekt konnte in der ATHLET-Rechnung nicht simuliert werden, mit dem Ergebnis, dass in der Rechnung -im Gegensatz zum Experiment - dry out im Kern auftrat. Die verwendete Programmversion, ATHLET Mod 1.1, Cycle A, zeichnete sich durch erhoehte Robustheit gegenueber der Vorgaengerversion, ATHLET Mod 1.0, Cycle E, aus. Dies zeigte sich insbesondere bei einer Wiederholung einer Nachrechnung zu BETHSY 3.4a, welche im Rahmen des Forschungsvorhabens 1500887 mit der Version ATHLET Mod 1.0, Cycle E durchgefuehrt wurde. (orig./HP)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 2035(67.836-01)+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Planung, Bau und Inbetriebnahme einer Demonstrationsanlage zur Massenentsaeuerung von Buechern und Archivalien fuer die Deutsche Buecherei Leipzig Abschlussbericht

Available from TIB Hannover: F95B2282+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Entsorgung von Thoriumabfaellen: Bestandsaufnahme Abschlussbericht

There are amounts of non-irradiated thorium accrued in Germany which cannot be used any more and are to be treated as wastes. The material has been accrued at various places, either by users, at collecting stations, or by waste management companies. The thorium is not accepted by the waste repositories at Morsleben or the Konrad mine, so that plans have to be established for interim storage over a prolonged period. The questionnaire elaborated for distribution to the various owners of thorium wastes for making an inventory of the amounts to be stored is presented in the reportSIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 2035(68.227)+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Entwicklung eines parallelen Berechnungsverfahrens fuer teilchenbeladene Stroemungen mit Verbrennung (BETES) Abschlussbericht

Computational Fluid Dynamics (CFD) has along with theoretical and experimental methods established itself as a reliable tool for planning, designing, and optimising technical equipment in many engineering disciplines. The combination of highly transient flows in complex geometries and physical phenomena present a challenging computational task. Predictive numerical solutions can only be obtained on rather timely resolved computational grids. For highly transient-flows one requirs further very small time steps. Within the framework of a joint project BETES, a parallel three dimensional CFD code based on domain decomposition in space and time has been developed. Flows with combustion and two phase particulated flows can be computed with this code. To obtain this a combustion module and a two phase module has been coupled to the basic parallel solver. Efficiency measurements reported in this work prove the efficiency and scalability of the developed calculation method. A series of test examples presented in this report show a large span of applications, for which efficient three dimensional computations can be performed. (orig.)Numerische Berechnungsverfahren in der Stroemungsmechanik haben sich in vielen Ingenieurdisziplinen neben theoretischen und experimentellen Verfahren als Werkzeug fuer die Planung, Auslegung und Optimierung technischer Anlagen etabliert. Die Kombination hochtransienter Stroemung in komplexer Geometrie mit aufwendiger physikalischer Modellierung stellt Berechnungen vor besondere Herausforderungen. Aussagefaehige Loesungen koennen nur auf ausreichend feinen Rechnernetzen erzielt werden. Zudem sind bei stark instationaeren Bedingungen sehr kleine Zeitschrittwerte erforderlich. Im Rahmen des Verbundprojektes BETES wurde ein paralleles dreidimensionales Rechenprogramm auf der Basis der Gebietszerlegung im Raum und in der Zeit fuer verfahrenstechnische Anwendungen entwickelt, mit dem Stroemungen mit Verbrennung und Zweiphasenstroemungen berechnet werden koennen. Hierzu wurde ein Verbrennungsmodul und ein Zweiphasenmodul an den parallelen Basisloeser angebunden. Die in dieser Arbeit dargestellten Leistungsmessungen belegen die Effizienz und Skalierbarkeit des entwickelten Verfahrens. Eine Reihe von Testbeispielen dokumentieren die Vielzahl von Anwendungen, die nunmehr effizient dreidimensional berechnet werden koennen. (orig.)Available from TIB Hannover: RR 2035(40081)+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Abbau der Modellcontainment-Versuchsanlage Abschlussbericht

The work performed for dismantling and discussed in this report covers: Removal of working media contained in the components and devices and disposal of the waste substances; dismantling of selected instrumentation and components and subsequent containment and interim storage; dismantling and removal of components and equipment from the above-mentioned buildings, including transport to disposal sites; complete dismantling of the buildings and disposal of the relevant wastes; toxic waste management; and the necessary planning, coordination and supervisory activities. (orig./CB)Die durchgefuehrten Abbauarbeiten umfassen - das Entleeren von Komponenten und Geraeten sowie die Entsorgung der dabei anfallenden Substanzen, - den Ausbau ausgewaehlter Instrumentierung und Komponenten sowie deren Einlagerung, - das Demontieren und Ausraeumen nicht mehr benoetigter Komponenten und Geraete aus den o.a. Gebaeuden, einschliesslich Abtransport und Entsorgen, - den Abbruch der Gebaeude und das Entsorgen der anfallenden Materialien, - das Entsorgen von Sondermuell - sowie die dafuer notwendigen Planungs-, Koordinierungs- und Ueberwachungsarbeiten. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 2035(68.385-01) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ueber alternative Methoden zur Massenentsaeuerung von Buechern und Archivalien Abschlussbericht

As a result of research and development work carried out in connection with the conduction of a pilot plant and a demonstration plant in Leipzig, a new concept for book deacidification is described. Paper neutralization is achieved by treatment with Ti/Mg alkoxides dissolved in liquid hexamethyldisiloxane. Additional alternative neutralization experiments with aqueous aerosols and acid extraction by carbon dioxide yielded no satisfying results. Restrengthening of paper samples could be achieved by bifunctional isocyanates, however, the isocyanates proved to be not compatible with the Ti/Mg alkoxides. (WEN)Available from TIB Hannover: RR 2035(67.912-1)+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Entwicklung eines Verfahrens zur Konditionierung schwer entwaesserbarer Schlaemme mittels Elektrokoagulation. Stufe 2 Konstruktion und Bau einer Pilotanlage und deren Betrieb unter praxisnahen Bedingungen

The object of this phase 2 of the three-phase project was to investigate the possibilities of optimization of using electrocoagulation for the treatment of sewage sludge and paint sludge in continuously working cells. It was aimed to achieve a flux of 100 l/h by a cell volume of 10 l. Depending on the type of sludge and the assigned dewatering processes, different kinds of cells are proposed: modules with sheets for sewage sludge sedimentation, modules with narrow distant sheets for paint sludge clarification, cylindrical modules for sewage sludge filtration. The operation parameters for the different kinds of cells have been optimized. The efficiency of electrocoagulation is increased at changing the operation from batch-type cells to continuously working modules. For phase 3 a further development of modules with sheets is proposed. (WEN)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 2035(40065)+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

EMERGE. Extended modelling and experimental research into gas explosions Final report

Als ein der Realitaet moeglichst nahe kommendes Unfallszenario in einer Industrieanlage wurden Propanwolken mittels eines Freistrahls aus einem Drucktank erzeugt. Die Freisetzung in eine aus zwei Teilen bestehende Versuchsanordnung erfolgte mit Massenstroemen zwischen 2 kg/s und 10 kg/s. Der erste Teil des Aufbaus bestand aus gekreuzten Rohrleitungen mit 10 Vol.% Blockierungsgrad. Diesem Hindernis (mit Abmessungen bis zu 8,8m x 8,8m x 4m fuer die Versuche im grossen Massstab) war eine Gasse vergleichbarer Groessen mit zwei parallelen Waenden nach geschaltet. Mit Hilfe von mit Wasser gefuellten 200 l Faessern wurden in diesen Gassen (zwischen 2 Haeusern) verschiedene Strukturen, wie z.B. ein Tank, ein LKW oder eine querstehende Wand, simuliert. Um das Risikopotential dieser teilverdaemmten Gasexplosionen quantitativ zu erfassen, wurden die Geschwindigkeiten der Flammenfront und die zeitlichen Druckverlaeufe an unterschiedlichen Positionen der Hinderniskonfiguration gemessen und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Die Versuchsergebnisse verdeutlichen den starken Einfluss von Hindernisgroesse oder Blockerungsgrad der Struktur in der Gasse. Geschwindigkeiten der Flammenfront (v_F_,_m_a_x) von mehr als 500 m/s und Explosionsdruecke (p_m_a_x) ueber 350 kPa (Uebergangsbereich zur Detonation) werden bei den Versuchen im mittleren Massstab sowohl fuer die querstehende Wand bereits bei 0,85 m Hoehe und fuer den 2,55 m hohen LKW erreicht. Die Verdoppelung der Hindernisgroesse fuer die Versuche im grossen Massstab fuehrte fuer beide Anordnungen trotz vergleichsweise kleiner Struktur in der Gasse zu einer Gasdetonation (v_F_,_m_a_x=1636 m/s, p_m_a_x=1000 kPa). (orig.)To improve the knowledge about realistic accidental scenarios in an industrial plant propane jet release experiments with medium (8m x 4m x 2m) and large (18m x 8m x 4m) scale obstacle arrays have been performed. For both scales the obstacles simulate crossed pipelines and an adjacent duct with a structure ('tank, van or wall') between two buildings. The mixture inside the obstacle array was varied within the explosion limits of propane by increasing the release rate from about 2 up to 10 kg/s. Maximum explosion pressures up to 10 bar were measured for stoichiometric mixtures of about 4 Vol.%. Maximum flame speed increases from about 130 m/s for the medium scale set-up and low blockage of the duct up to transition to detonation and 1636 m/s inside the large scale duct. The explosion pressures, acceleration of parts of the structure and flame front velocities measured at different locations as well as the destruction of parts of the set-up and damage at buildings of the test site can be used to quantify hazard potential as well as structure loads of propane jet cloud explosions inside of obstructed areas. Though for the large scale tests not the complete duct length was filled with explosive mixture transition to detonation inside the duct down-stream was observed. Obviously the expansion wave ahead of the flame jet distributes the mixture over the complete length of the set-up and the increase of the flame acceleration distance enables a deflagration to detonation transition (DDT). The Computational Fluid Dynamics (CFD) code BASSIM (BAttelle StroemungsSIMulator) has been employed for computing propane jet release, cloud formation and cloud explosion in presence of some of the obstacle configurations. The experimental data obtained for propane may be used to evaluate and to validate CFD code simulation for jet release and cloud explosion in a complex partly confined structure. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 2035(40.074-D4)+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany); European Union (Euro), Brussels (Belgium); Landesanstalt fuer Arbeitsschutz Nordrhein-Westfalen, Duesseldorf (Germany); Wacker-Chemie G.m.b.H., Muenchen (Germany)DEGerman