Es wurde ein Modell zur realistischen Beschreibung der Kühlmittelvermischung innerhalb des Reaktordruckbehälters eines Druckwasserreaktors entwickelt und validiert. Dieses schnell rechnende Modell basiert auf dem Prinzip der linearen Superposition der Antwortfunktionen auf Dirac-Impuls-ähnliche Störungen der Kühlmittelparameter. Es wurde in den gekoppelten Programmkomplex DYN3D/ATHLET als Schnittstelle zwischen dem eindimensionalen Thermohydraulikprogramm ATHLET und dem dreidimensionalen neutronenkinetischen Kernmodell DYN3D eingebunden und simuliert in effizienter Weise die Vermischung des Kühlmittels innerhalb des RDB. Für die Analyse von hypothetischen Borverdünnungsstörfallen wurde eine Methodik entwickelt, die auf dem neuen Modell zur Beschreibung der Kühlmittelvermischung basiert. Diese Methodik besteht aus einer Kombination von stationären und transienten Rechnungen, in denen die Vermischung der deborierten Pfropfen auf dem Weg zum Reaktorkern in realistischer Weise simuliert wird. Über die Variation der Größe des deborierten Kühlmittelpfropfens kann der gewünschte Grad an Konservativität für die Analysen vorgegeben werden. Diese neue Methodik wurde erfolgreich auf zwei verschiedene Borverdünnungsstörfalle angewandt. Neben dem Start der ersten Hauptkühlmittelpumpe bei Vorhandensein eines deborierten Kühlmittelpfropfens im kalten Strang des Primärkreislaufes wurde ein Deborierungsstörfall im Nachkühlbetrieb betrachtet. In beiden Fällen zeigten die Ergebnisse der Parameterstudie für eine generische Kernkonfiguration, dass es selbst bei Annahme des maximal möglichen Pfropfenvolumens zwar zur Rekritikalität des abgeschalteten Reaktors aber nicht zu einer unzulässigen Erhöhung der Hüllrohrtemperatur kommt. Wesentliche Ursache dafür ist die Verwendung realistischer zeitabhängiger Verteilungen der Borkonzentration am Eintritt in jedes Brennelement.

Es wurde ein Modell zur realistischen Beschreibung der Kühlmittelvermischung innerhalb des Reaktordruckbehälters eines Druckwasserreaktors entwickelt und validiert. Dieses schnell rechnende Modell basiert auf dem Prinzip der linearen Superposition der Antwortfunktionen auf Dirac-Impuls-ähnliche Störungen der Kühlmittelparameter. Es wurde in den gekoppelten Programmkomplex DYN3D/ATHLET als Schnittstelle zwischen dem eindimensionalen Thermohydraulikprogramm ATHLET und dem dreidimensionalen neutronenkinetischen Kernmodell DYN3D eingebunden und simuliert in effizienter Weise die Vermischung des Kühlmittels innerhalb des RDB. Für die Analyse von hypothetischen Borverdünnungsstörfallen wurde eine Methodik entwickelt, die auf dem neuen Modell zur Beschreibung der Kühlmittelvermischung basiert. Diese Methodik besteht aus einer Kombination von stationären und transienten Rechnungen, in denen die Vermischung der deborierten Pfropfen auf dem Weg zum Reaktorkern in realistischer Weise simuliert wird. Über die Variation der Größe des deborierten Kühlmittelpfropfens kann der gewünschte Grad an Konservativität für die Analysen vorgegeben werden. Diese neue Methodik wurde erfolgreich auf zwei verschiedene Borverdünnungsstörfalle angewandt. Neben dem Start der ersten Hauptkühlmittelpumpe bei Vorhandensein eines deborierten Kühlmittelpfropfens im kalten Strang des Primärkreislaufes wurde ein Deborierungsstörfall im Nachkühlbetrieb betrachtet. In beiden Fällen zeigten die Ergebnisse der Parameterstudie für eine generische Kernkonfiguration, dass es selbst bei Annahme des maximal möglichen Pfropfenvolumens zwar zur Rekritikalität des abgeschalteten Reaktors aber nicht zu einer unzulässigen Erhöhung der Hüllrohrtemperatur kommt. Wesentliche Ursache dafür ist die Verwendung realistischer zeitabhängiger Verteilungen der Borkonzentration am Eintritt in jedes Brennelement.

Das vorliegende Projekt hatte die Ermittlung der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Kühlmittelparameter am Spaltzoneneintritt bei transienten Prozessen zum Ziel, bei denen an den einzelnen Kühlmitteleintrittsstutzen des Reaktors Unterschiede in der Borkonzentration bzw. in der Kühlmittel-temperatur auftreten. Die Sicherheitsrelevanz ist durch die Auswirkungen von Deborierungs- und Kaltwassertransienten auf die Leistungsfreisetzung im Reaktorkern gegeben.Mit Hilfe von Experimenten an einem Reaktormodell sowie durch Validierung und Nutzung eines dreidimensionalen Fluidynamikcodes (CFX-4) und durch Entwicklung eines vereinfachten Vermischungsmodells (SAPR) wurden die für die Ermittlung der reaktordynamischen Systemantwort notwendigen Tools zur Beschreibung der Verhältnisse am Kerneintritt geschaffen. Mit der Modellierung der räum-lich und zeitlich aufgelösten Bor- bzw. Temperaturverteilung im RDB wurden die Voraussetzungen für die gekoppelte neutronenkinetisch-thermohydraulische Simulation von Deborierungs- und Kaltwas-sertransienten und deren Sicherheitsbewertung entwickelt. Das Vorhaben beschränkt sich auf Vor-gänge ohne Verdampfung des Kühlmittels, die Vermischung innerhalb des Reaktorkerns bleibt aus-geklammert. Um Mehrfachzirkulationen von Temperatur- bzw. Borkonzentrationsstörungen im Pri-märkreis adäquat abbilden zu können, wurde auch die Vermischung im oberen Plenum behandelt. Zur Lösung der Aufgabe wurde die Versuchsanlage ROCOM (Rossendorf Coolant Mixing Model) aufgebaut. ROCOM ist ein 1:5-Modell eines KONVOI DWR. Durch die volle Abbildung aller vier Um-wälzschleifen, die flexible Versuchssteuerung sowie die speziell für ROCOM entwickelte Gittersen-sormesstechnik zur räumlich und zeitlich hochauflösenden Bestimmung von Konzentrationsverteilungen stellt ROCOM heute eine weltweit führende Versuchsanlage dar. Bei den Experimenten wurden transiente Konzentrationsverteilungen am Kerneintritt für alle gemäß Arbeitsplan zu betrach-tenden Szenarien ermittelt und zur Validierung von CFX-4 genutzt. Das vereinfachte Vermischungs-modell SAPR dient zur effizienten Kopplung zwischen dem thermohydraulischen Systemcode und dem dreidimensionalen neutronenkinetischen Kernmodell.

Das vorliegende Projekt hatte die Ermittlung der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Kühlmittelparameter am Spaltzoneneintritt bei transienten Prozessen zum Ziel, bei denen an den einzelnen Kühlmitteleintrittsstutzen des Reaktors Unterschiede in der Borkonzentration bzw. in der Kühlmittel-temperatur auftreten. Die Sicherheitsrelevanz ist durch die Auswirkungen von Deborierungs- und Kaltwassertransienten auf die Leistungsfreisetzung im Reaktorkern gegeben.Mit Hilfe von Experimenten an einem Reaktormodell sowie durch Validierung und Nutzung eines dreidimensionalen Fluidynamikcodes (CFX-4) und durch Entwicklung eines vereinfachten Vermischungsmodells (SAPR) wurden die für die Ermittlung der reaktordynamischen Systemantwort notwendigen Tools zur Beschreibung der Verhältnisse am Kerneintritt geschaffen. Mit der Modellierung der räum-lich und zeitlich aufgelösten Bor- bzw. Temperaturverteilung im RDB wurden die Voraussetzungen für die gekoppelte neutronenkinetisch-thermohydraulische Simulation von Deborierungs- und Kaltwas-sertransienten und deren Sicherheitsbewertung entwickelt. Das Vorhaben beschränkt sich auf Vor-gänge ohne Verdampfung des Kühlmittels, die Vermischung innerhalb des Reaktorkerns bleibt aus-geklammert. Um Mehrfachzirkulationen von Temperatur- bzw. Borkonzentrationsstörungen im Pri-märkreis adäquat abbilden zu können, wurde auch die Vermischung im oberen Plenum behandelt. Zur Lösung der Aufgabe wurde die Versuchsanlage ROCOM (Rossendorf Coolant Mixing Model) aufgebaut. ROCOM ist ein 1:5-Modell eines KONVOI DWR. Durch die volle Abbildung aller vier Um-wälzschleifen, die flexible Versuchssteuerung sowie die speziell für ROCOM entwickelte Gittersen-sormesstechnik zur räumlich und zeitlich hochauflösenden Bestimmung von Konzentrationsverteilungen stellt ROCOM heute eine weltweit führende Versuchsanlage dar. Bei den Experimenten wurden transiente Konzentrationsverteilungen am Kerneintritt für alle gemäß Arbeitsplan zu betrach-tenden Szenarien ermittelt und zur Validierung von CFX-4 genutzt. Das vereinfachte Vermischungs-modell SAPR dient zur effizienten Kopplung zwischen dem thermohydraulischen Systemcode und dem dreidimensionalen neutronenkinetischen Kernmodell.