Forschungsgebiet Strömungs-Struktur Wechselwirkung

Strömungs- und Wärmetransportvorgänge in technischen Anlagen wie Kernkraftwerken stehen in starker Wechselwirkung mit Wärmeleitungsvorgängen in den metallischen Berandungen des Strömungsgebiets (feste Wände). Als Folge dieser stationären oder instationären thermischen Strömungs-Struktur Wechselwirkung können Verformungen oder Schädigungen des Wandwerkstoffes verursacht werden. In Rohrleitungssystemen thermischer Kraftwerke sind turbulente Vermischungsvorgänge, thermische Schichtung, der Übergang zwischen unterschiedlichen Strömungsformen sowie Leckströmungen von Interesse.

Zu diesem Forschungsgebiet werden in den IKE-Abteilungen Thermofluiddynamik und Energiewandlung und Wärmetechnik experimentelle und numerische Forschungsarbeiten durchgeführt. Die Forschungsarbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit der Materialprüfanstalt Stuttgart (MPA) durchgeführt. Folgende Versuchseinrichtungen stehen zur Verfügung:



Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) Versuchskreislauf



Schaltbild der FSI-Anlage © Laurien, IKE



Foto der FSI-Anlage © Laurien, IKE

Der FSI-Versuchsstand, welche sich auf dem Gelände der MPA befindet, besteht aus einem geschlossenen DN80 Versuchskreislauf, der als Hauptstrang auf bis zu 280 °C bei 75 bar aufgeheizt werden kann und einem Nebenstrang DN40, der Wasser mit 15 °C über ein T-Stück in den Hauptstrang einspeist. Für die Untersuchung der Einströmung und der Vermischungszone stehen optische Zugänge und verschiedene Messtechniken zur Verfügung. Die Untersuchungen werden unter kraftwerkstypischen Bedingungen mit in Kraftwerken verwendeten Materialien durchgeführt.



MFI (Mixed-Fluid Interaction)-Versuchsstand



Foto der MFI-Anlage © Laurien, IKE

Der MFI-Versuchsstand ist aus Plexiglas und besteht aus zwei Rohrleitungen mit 70 mm bzw. 36 mm Innendurchmesser, die isotherm mit Wasser aus Vorratsbehältern gespeist werden. Ein Dichteunterschied zwischen den Strömungen in das T-Stück wird mittels Glukose- oder Salzlösung hergestellt. Der Versuchsstand dient zur Durchführung vereinfachter Experimente und zur Entwicklung und zum Test von Messtechnik, welche später im FSI-Versuchsstand eingesetzt werden kann.



Projekte:

Experimentelle Untersuchung und numerische Simulation der turbulenten Strömung und Strukturwechselwirkung in der Nähe von Schweißnähten und rissartigen Lecks (UNSCHRO)

Experimentelle und numerische Untersuchung von Strömungsformen bei Vermischung in der Umgebung eines Rohrleitungs-T-Stücks (VERMIT)

Experimentelle und numerische Untersuchung der Thermo-Fluid Dynamik der Strömungsvermischung in einem T-Stück-Rohrleitungssystem (LES T-Junction)