Numerische Simulation eines Frischdampfisolationsschiebers für Siedewasserreaktoren mit Hilfe von CFD

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Modellierung eines Frischdampfisolationsschiebers für Siedewasserreaktoren mit Hilfe eines kommerziellen CFD-Programms. Es wird ein Modell erstellt, welches die wichtigsten Einflussgrößen behandelt und als Ausgangspunkt für weitere Arbeiten auf diesem Gebiet verwendet werden kann.<br />Ausgehend von einem Meridianschnitt eines Isolationsschiebers wird eine zweidimensionale Geometrie erstellt und vernetzt. Die Bewegungsgleichung des Kolbens und der Steuerkanal des Schiebers werden mit Hilfe von User-Defined Functions (UDF) in das CFD Programm integriert. UDFs ermöglichen das Anpassen und Erweitern der verwendeten CFD Software.<br />Zentraler Punkt dieser Arbeit ist die Integration der Bewegung des Kolbens in die CFD Software und die Lösung der dadurch entstehenden Probleme. Weiters wird ein Ansatz zur Modellierung des Steuerkanals des Isolationsschiebers beschrieben.<br />Mit dem erstellten Modell werden Testrechnungen durchgeführt um die Funktionalität des Modells zu demonstrieren. Diese Berechnungen simulieren den sogenannten Hot Functional Test. Hierbei wird der Schieber im realen Betriebszustand, jedoch ohne Durchströmung, geschlossen.<br />Die Ergebnisse dieser Berechnungen werden mit den Ergebnissen der Firma CCI verglichen, welche ähnliche Berechnungen mit selbstgeschriebenen Programmen durchgeführt hat.<br />Das Modell liefert qualitativ und quantitativ gute Ergebnisse, welche mit denen der Firma CCI sehr gut übereinstimmen. Der vollständige Funktionsumfang des Modells wird jedoch mit diesen Testrechnungen noch nicht ausgeschöpft. So könnte zum Beispiel auch der Vorgang des Öffnens mit diesem Modell simuliert werden.<br />Mögliche Erweiterungen und Verbesserungen des Modells werden am Ende der Arbeit beschrieben.<br />

The aim of this diploma thesis is modeling of a live steam isolation valve for boiling water reactors using computational fluid dynamics. A model is developed which includes the most important influencing variables and can be used for further analyses on this subject.<br />A two dimensional model is developed based on an engineering drawing of an isolation valve. The motion of the valve piston and the flow through the control pipe is integrated to the CFD procedures by using user-defined functions (UDF). UDFs allow the user to adapt and expand the functional range of the CFD software.<br />The main topic of this thesis is the integration of the piston motion into the CFD software and the solving of the problems which are generated by this integration. Furthermore an approach for modeling the control pipe of an isolation valve is presented in this document.<br />Basic test calculations are made with the developed model to demonstrate the proper operation of the model. These calculations simulate a hot functional test, where the isolation valve operates under real steam parameters but without mass flow through the main pipe.<br />The results of the calculations are compared to results in a report of the company CCI, which made similar calculations with self-developed software some years ago.<br />The model described in this thesis produces qualitative and quantitative results, which match very well with the results of CCI.<br />The full functional range of the developed model is not used by these test calculations. It is for example possible to simulate also the opening process of a isolation valve.<br />Some ideas for further improvements are presented at the end of this thesis.