Simulation experiments on the spreading behaviour of core melts: KATS-5 (1-dim spreading of an oxidic melt into a dry channel)

Simulationsexperimente zum Ausbreitungsverhalten von Kernschmelzen: KATS-5 (1-dim Ausbreiten einer oxidischen Schmelze in einen trockenen Kanal) Für zukünftige Leichtwasserreaktor-Kraftwerke werden spezielle Einbauten (Kernfänger) erforderlich sein, um das Containment-Versagen infolge von Erosion des Fundamentes bei einem Kernschmelzunfall zu verhindern. Die geschmolzenen Kernmassen sollen möglichst schnell in einen festen Zustand übergeführt werden, um die Freisetzung von radioaktivem Material zu reduzieren. Einige der vorgeschlagenen Kernfängerkonzepte, insbesondere auch für den EPR (European Pressurized Reactor), beruhen auf dem Prinzip, die geschmolzenen Kernmassen auf ebenen Flächen zu verteilen und anschließend mit Wasser zu kühlen. Es wurde deshalb eine Serie von Experimenten durchgeführt, um das Ausbreiten von Schmelzen mit hoher Temperatur auf ebenen Flächen zu untersuchen. Dabei wurde als Simulationsmaterial eine Thermitschmelze aus Aluminiumoxid und Eisen verwendet. Die oxidischen und metallischen Komponenten werden dabei getrennt und auf verschiedene Ausbreitungsflächen geleitet. Der Einfluß niedriger Wasserschichten auf den Flächen auf den Ausbreitungsprozeß wurde ebenfalls untersucht. In KATS-5 wurde die Ausbreitung einer oxidischen Schmelze in einen eindimensionalen trockenen Kanal untersucht. Was die metallische Eisenschmelze betrifft, so lag das Interesse nicht am Ausbreitungsverhalten, sondern am nachfolgenden Fluten der Schmelzenoberfläche mit Wasser. Dieser Test wird in einem späteren Bericht beschrieben werden, der sich mit weiteren Flutungs-Tests beschäftigen wird

Simulation experiments on the spreading behaviour of core melts: KATS-6 (1-dim spreading of a low superheated iron melt into a dry channel)

Simulationsexperimente zum Ausbreitungsverhalten von Kernschmelzen: KATS-6 Für zukünftige Leichtwasserreaktor-Kraftwerke werden spezielle Einbauten (Kernfänger) erforderlich sein, um das Containment-Versagen infolge von Erosion des Fundamentes bei einem Kernschmelzunfall zu verhindern. Die geschmolzenen Kernmassen sollen möglichst schnell in einen festen Zustand übergeführt werden, um die Freisetzung von radioaktivem Material zu reduzieren. Einige der vorgeschlagenen Kernfängerkonzepte beruhen auf dem Prinzip, die geschmolzenen Kernmassen auf ebenen Flächen zu verteilen und anschließend mit Wasser zu kühlen. Es wurde deshalb eine Serie von Experimenten durchgeführt, um das Ausbreiten von Schmelzen mit hoher Temperatur auf ebenen Flächen zu untersuchen. Dabei wurde als Simulationsmaterial eine Thermitschmelze aus Aluminiumoxid und Eisen verwendet. Die oxidischen und metallischen Komponenten werden dabei getrennt und auf verschiedene Ausbreitungsflächen geleitet. Der Einfluß niedriger Wasserschichten auf den Flächen auf den Ausbreitungsprozeß wurde ebenfalls untersucht. In KATS-6 war die Ausbreitung einer oxidischen und metallischen Schmelze bei niedriger Überhitzung in eindimensionale trockene Kanäle geplant. Wie sich bei der Durchführung des Tests herausstellte, war die Überhitzungstemperatur der oxidischen Schmelze von weniger als 100 K bereits so niedrig, daß sich eine relativ starke Kruste im Bereich des Fensters ausbildete. Beim Öffnen des Fensters zur Ausbreitungsfläche trat die Schmelze nicht aus dem Behälter aus. Im Gegensatz dazu breitete sich die Eisenschmelze, welche etwa 200 K überhitzt war, in den trockenen Kanal aus wie eine stark überhitzte Schmelze

Synthesis of Heat Exchanger Networks Taking into Account Cost and Dynamic Considerations

AbstractIn this work an approach is presented for the synthesis of near cost optimal heat exchanger networks with a high controllability. The presented methodology is based on a sequential approach utilizing different algorithms and mathematical models. The procedure is carried out in three steps. A genetic algorithm is used to produce a high diversity of promising structures that suffice the needs for cost reduction and controllability characteristics. For selected structures controllability evaluations are carried out, which are mainly based on relative gain array and condition number assessments. Therefore, a linear model is utilized which was further used to calculate the area adjustments and nominal bypasses for complete disturbance rejection for perfect control. As a last step simplified mathematical solution models are used to further extend insight gained for decision-making. These models are used to carry out dynamic simulations for testing the impact of different possible decentralized feedback control structure designs developed by previous methods. The application of the developed approach will be shown using an example from literature

Dark Matter Interpretation of the Fermi-LAT Observations Toward the Outer Halo of M31

An excess $\gamma$-ray signal toward the outer halo of M31 has recently been reported. Although other explanations are plausible, the possibility that it arises from dark matter (DM) is valid. In this work we interpret the excess in the framework of DM annihilation, using as our representative case WIMP DM annihilating to bottom quarks, and we perform a detailed study of the systematic uncertainty in the $J$-factor for the M31 field. We find that the signal favors a DM particle with a mass of $\sim$46-73 GeV. While the mass is well constrained, the systematic uncertainty in the cross-section spans 2.5 orders of magnitude, ranging from $\sim$8$\times 10^{-27}-4 \times 10^{-24} \ \mathrm{cm^3 \ s^{-1}}$. This high uncertainty is due to two main factors, namely, an uncertainty in the substructure nature and geometry of the DM halos for both M31 and the Milky Way (MW), and correspondingly, an uncertainty in the contribution to the signal from the MW's DM halo along the line of sight. However, under the conditions that the minimum subhalo mass is$\lesssim 10^{-6} \ M_\odot$and the actual contribution from the MW's DM halo along the line of sight is at least$\sim$30$\%$of its total value, we show that there is a large overlap with the DM interpretations of both the Galactic center (GC) excess and the antiproton excess, while also being compatible with the limits for the MW dwarf spheroidals. More generally, we summarize the results from numerous complementary DM searches in the energy range 10 GeV$-$ 300 GeV corresponding to the GC excess and identify a region in parameter space that still remains viable for discovery of the DM particle.Comment: Submitted to Physical Review