Pod vysokým tlakem: před kamerou teče voda-pára

Zkušební komora zviditelňuje extrémní proudy

Průtok páry-voda při 5 megapascalech (50krát normální tlak) a 264 ° C, zaznamenaný v zařízení TOPFLOW FZD © FZD
číst nahlas

Nikdo nebyl schopen přímo pozorovat, jak voda a pára protékají potrubím při normálním tlaku 50 krát vyšším než 264 stupňů Celsia. Nyní však vědci vyvinuli speciální testovací komoru, která zviditelňuje takové extrémní proudy. To je důležité například pro posouzení chování chladicí vody v případě úniku v jaderné elektrárně.

Toky kapalného plynu mají četné uplatnění v chemickém, ropném a energetickém průmyslu. V jaderných zařízeních je znalost tokových procesů zvláště důležitá pro posouzení bezpečnosti rostlin. Například v reaktoru s tlakovou vodou v prvním cyklu normálně teče voda pouze pod vysokým tlakem a při teplotách kolem 300 ° C.

Teplo uvolňované v reaktoru ve formě tepelné energie je absorbováno vodou a dodáváno v parním generátoru do druhého okruhu, který dodává turbínám páru. Pokud by v prvním cyklu došlo k netěsnosti, v posledním cyklu by se v důsledku sdruženého poklesu tlaku generovala pára. K zajištění bezpečného vypnutí a chlazení jádra reaktoru při takové nehodě je zajištěno množství aktivních a pasivních opatření.

Experimentujte při 70x tlaku vzduchu

Jedním z úkolů Ústavu pro výzkum bezpečnosti na Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) je experimentálně zkoumat a modelovat jevy toku pro proudění vody a páry v částech okruhu jaderného chlazení. Protože takové experimenty nemohou být prováděny v měřítku 1: 1 z nákladových důvodů, měly by sofistikované počítačové simulace procesů toku pomoci převést experimentální výsledky škálovaných pilotních zařízení do reálného měřítka.

Pro takové experimenty je systém TOPFLOW k dispozici na FZD. TOPFLOW je zkratka pro „Transient TWO-Phase FLOW“ a je jedním z velkých výzkumných zařízení ve Forschungszentrum Jülich. Systém se používá pro experimentální zkoumání proudění páry-vody a vzduchu-vody. Elektrický parní generátor s kapacitou 4 megawatty umožňuje generovat až 1, 5 kilogramu páry za sekundu při 7 megapascalech, tj. 70krát vyšší než normální tlak vzduchu. zobrazit

Dosud neprůhledná tlaková komora

Dosud nebylo možné vizualizovat toky vody a páry za vysokého tlaku a vysokých teplot na velké ploše, protože součásti systému, které musí odolat takovým tlakům, jsou obvykle vyrobeny z pevné oceli, tj. Jsou vhodné pro Fotoaparáty neproniknutelné. Experimentální technika vyvinutá na FZD umožňuje provádět experimenty na podřízených bouřích v jaderných reaktorech v tlakové komoře. V této komoře jsou skutečná zkušební sekce a atmosféra nádoby v vyrovnávání tlaku, takže konstrukční komponenty experimentálního uspořádání nejsou vystaveny vysokým tlakovým rozdílům.

Přímé pozorování je nyní možné

To umožňuje, aby stěny součástí byly opatřeny velkými pozorovacími okny, což umožňuje použití vysokorychlostních videokamer. Takto získané údaje jsou jedinečné díky svému vysokému prostorovému a časovému rozlišení a mezitím jsou také vyhledávány na mezinárodní úrovni. Video pozorování jsou zvláště cenná, protože poskytují data ve vysokém časovém a prostorovém rozlišení. Proto se již dlouho používají například při zkoumání proudění vzduch-voda v plexisklových kanálech při okolním tlaku. S pomocí nové tlakové komory mohou být nyní proudy vody a páry filmovány pod vysokým tlakem

Data pro bezpečnostní analýzy

Ve FZD byly poprvé po celém světě pozorovány pomocí vysokorychlostní videokamery komplexní proudy páry a vody při tlaku až 5 megapascalů (zhruba jeden metr najednou). Geometrie je založena na tzv. Horkém řetězci německého tlakovodního reaktoru. Toto je termín pro velké potrubí, ve kterém horká chladicí voda proudí z reaktoru do parního generátoru. Pára a voda v této linii teče v opačném směru v případě pádu a vzájemně se brání. Průtok páry omezuje maximální možný průtok vody, který proudí zpět do jádra reaktoru a přispívá k chlazení jádra. Přesná znalost tohoto omezení průtoku vody je zásadní pro bezpečnostní analýzy.

Data tvoří důležitý základ pro další vývoj simulačních programů, a mohou být tedy nakonec použity pro návrh, optimalizaci a bezpečnostní analýzu jaderných elektráren a dalších technických zařízení. Teprve když počítačové programy dokážou správně spočítat složité proudy páry-vody, bude možné to udělat bez takových komplikovaných experimentů.

(Výzkumné centrum Dresden Rossendorf, 08.05.2009 - NPO)