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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

führt und mit Rechenprogrammen simuliert. Ne-

ben dem ENSI fördert das französische Institut de

Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) die-

se Arbeiten. In dem damit zusammenhängenden

Doktorandenprogramm wird das dynamische Ver-

halten von dünnen Flüssigkeitsfilmen auf einer

beheizten vertikalen Oberfläche in einer Wasser-

dampfatmosphäre untersucht. Darüber hinaus

werden die Auswirkungen des sich räumlich und

zeitlich verändernden Flüssigkeitsfilms auf die Ef-

fizienz des Wärmeübergangs betrachtet. Aus den

gemessenen Daten soll ein verbessertes physika-

lisches Modell für Simulationsprogramme des Si-

cherheitsbehälters (Containment-Codes) wie AS-

TEC oder GOTHIC entwickelt werden.

Projektziele des Berichtsjahres und

wichtige Ergebnisse

Wie geplant hat ein Doktorand Anfang 2011 seine

Tätigkeit aufgenommen, die im ersten Jahr haupt-

sächlich auf dem experimentellen Teil lag, und sich

in das Projekt einschliesslich der LINX-Anlage ein-

gearbeitet. Diese Phase beinhaltete eine kritische

Literaturstudie über die Dynamik von Flüssigkeits-

filmen (speziell für den Parameterbereich und die

Bedingungen mit Kondensation und Wiederver-

dampfung), die Evaluation verschiedener instru-

menteller Techniken für die Bestimmung der Dicke

und Temperatur von Flüssigkeitsfilmen, die An-

schaffung und Tests der entsprechend benötigten

neuen Messinstrumente sowie die Auslegung und

Entwicklung von Komponenten und Hilfsappara-

turen für die geplanten Experimente am PSI.

Erste Messungen zeigen, dass die Flüssigkeits-

schicht sehr heterogen ist. Es bilden sich verän-

dernde Tröpfchen und Tropfen verschiedener Grös-

se, die sich zu Rinnsalen (Rivulets) vereinigen. Die

Dynamik des Flüssigkeitsfilms hängt sehr von den

lokalen Eigenschaften der Platte ab, wobei es ins-

besondere wegen der Benetzungseigenschaften

grosse Unterschiede zwischen reinem Metall und

lackierten Oberflächen gibt. Deshalb werden, wie

für die Temperatur, auch für die Messung der Di-

cke der Flüssigkeitsschicht optische Methoden,

vornehmlich im nahen Infrarotbereich (Near In-

fraRed NIR) verwendet. Die optischen Methoden

greifen weniger in den Versuch ein und sind daher

geeigneter als die zunächst vorgesehene Metho-

de mit einem aufgeklebten Maschensensor. In Ab-

bildung 12 sind die Unterschiede der drei verwen-

deten optischen Messmethoden an einem Testbei-

spiel aufgezeigt. Für die gleichzeitige Anwendung

der entsprechenden Kameras und weiterer Mess-

techniken wird derzeit das experimentelle SCA-

RAB-Modul entworfen, in dem hochpräzise Rand-

bedingungen, z. B. für Oberfläche und Temperatur

der vertikalen Platte sowie den Massenstrom des

Flüssigkeitsfilms, vorgegeben werden können. Für

Versuche bei Atmosphärendruck genügt das Mo-

dul selbst. Für Experimente mit erhöhtem Druck

soll es in den LINX-Behälter eingebaut werden, der

auf 10 bar ausgelegt ist.

Bedeutung des Projekts,

Beitrag zur nuklearen Sicherheit

Während Störfällen in einem Leichtwasserreaktor

können auf den Oberflächen des Containments

Wasserfilme kondensieren, sich bewegen und an-

schliessend wieder verdampfen. Diese physika-

Abbildung 12:

Erläuterung der ver-

schiedenen optischen

Messungen. Dargestellt

ist ein PSI-Mitarbeiter,

der eine Tasse heissen

Wassers trinkt, wobei

die obere Darstellung

der gewohnten Sicht

entspricht. Das mittlere

Bild wurde im nahen

Infrarotbereich (NIR)

im optimalen Wellen-

längenbereich für die

Messung der Dicke des

Flüssigkeitsfilms und

mit Beleuchtung durch

eine Halogenlampe

aufgenommen. Ent-

sprechend der Absorp-

tionseigenschaften des

Wassers sieht die Tasse

hier tiefschwarz aus,

wie Kaffee. Das untere

Bild ist die Darstellung

im mittleren Infrarotbe-

reich (mid-wave infrared

MWIR), wie es für die

Temperaturmessung

verwendet wird. Die

heisse Tasse und das

mit Dampf aus der Tasse

beschlagene rechte Glas

der Brille sind entspre-

chend besonders hell.

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