Die in diesem Bericht vorgestellten Experimente betreffen die Kondensation von Dampf in horizontalen bzw. leicht geneigten Rohren bei hohen auftretenden Temperaturdifferenzen bis zu über 200 K. Weitere Besonderheiten sind die detaillierte Untersuchung des transienten Verhaltens eines nichtkondensierbaren Gases mit einer neuartigen Messtechnik sowie die Ermittlung des Einflusses des Gases auf den Kondensationsvorgang. Beim Experiment wurden schnelle Übergangsvorgänge ausgelöst, indem ein in einer Kühlwanne liegendes, leicht geneigtes Wärmeübertragerrohr plötzlich mit dem Dampfraum eines unter Druck stehenden Kessels verbunden wurde. Dabei wurden im Rohr unterschiedliche Anfangsbedingungen hinsichtlich der Vorlage von nichtkondensierbaren Gasen (in diesem Falle Luft) eingestellt. Es wurden Versuche mit Atmosphärendruck, mit erhöhtem Druck, aber auch mit vorheriger Evakuierung des Versuchsrohrs durchgeführt. Durch eine Instrumentierung mit neuartigen Nadelsonden, die eine Phasendetektion kombiniert mit einer schnellen lokalen Temperaturmessung ermöglichen, konnte die Umverteilung von Dampf, Kondensat und nichtkondensierbarem Gas als Funktion der Zeit beobachtet werden. Damit bieten die erhaltenen Daten die Möglichkeit, insbesondere die in den Thermohydraulikprogrammen vorhandenen Optionen zur Berechnung der Ausbreitung von nichtkondensierbaren Gasen unter transienten Bedingungen zu validieren.

Die in diesem Bericht vorgestellten Experimente betreffen die Kondensation von Dampf in horizontalen bzw. leicht geneigten Rohren bei hohen auftretenden Temperaturdifferenzen bis zu über 200 K. Weitere Besonderheiten sind die detaillierte Untersuchung des transienten Verhaltens eines nichtkondensierbaren Gases mit einer neuartigen Messtechnik sowie die Ermittlung des Einflusses des Gases auf den Kondensationsvorgang. Beim Experiment wurden schnelle Übergangsvorgänge ausgelöst, indem ein in einer Kühlwanne liegendes, leicht geneigtes Wärmeübertragerrohr plötzlich mit dem Dampfraum eines unter Druck stehenden Kessels verbunden wurde. Dabei wurden im Rohr unterschiedliche Anfangsbedingungen hinsichtlich der Vorlage von nichtkondensierbaren Gasen (in diesem Falle Luft) eingestellt. Es wurden Versuche mit Atmosphärendruck, mit erhöhtem Druck, aber auch mit vorheriger Evakuierung des Versuchsrohrs durchgeführt. Durch eine Instrumentierung mit neuartigen Nadelsonden, die eine Phasendetektion kombiniert mit einer schnellen lokalen Temperaturmessung ermöglichen, konnte die Umverteilung von Dampf, Kondensat und nichtkondensierbarem Gas als Funktion der Zeit beobachtet werden. Damit bieten die erhaltenen Daten die Möglichkeit, insbesondere die in den Thermohydraulikprogrammen vorhandenen Optionen zur Berechnung der Ausbreitung von nichtkondensierbaren Gasen unter transienten Bedingungen zu validieren.

The objective of the present thesis research is to apply state-of-the-art experimental and data analysis techniques to the study of gas-liquid pipe flows, with a focus on conditions occurring in header-feeder systems of nuclear reactors under different accident scenarios. Novel experimental techniques have been proposed for the identification of the flow regime and measurement of the flow rates of both phases in gas-liquid flows. These techniques were automated, non-intrusive and economical, which ensured that their use would be feasible in industrial as well as laboratory settings. Measurements of differential pressure and the gas and liquid flow rates were collected in vertical upwards air-water flow at near-atmospheric pressure. It was demonstrated that the probability density function of the normalized differential pressure was indicative of the flow regime and using non-linear dimensionality reduction (the Elastic Maps Algorithm), it was possible to automate the process of identifying the flow regime from the differential pressure signal. The relationship between the probability density function and the power spectral density of normalized differential pressure with the gas and liquid flow rates in air-water pipe flow was also established and a machine learning algorithm (using Independent Component Analysis and Artificial Neural Networks) was proposed for the estimation of the phase flow rates from these properties. The proposed methods were adapted for use with single and dual conductivity wire-mesh sensors in vertical upwards and downwards air--water flows. A thorough evaluation of the performance and measurement uncertainty of wire-mesh sensors in gas-liquid flows was also performed. Lastly, measurements of the flow distribution in feeder tubes supplied with air-water mixtures by a simplified header model were collected and correlated to the observed flow patterns in the header.