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Modellversuch Fortluftkanal Schritt - korrektive Maßnahmen

Allgemeine Informationen

Projektnummer 61008072
Projekttitel laut Förderbescheid Modellversuch Fortluftkanal Schritt - korrektive Maßnahmen
Akronym Modellversuch Fortluftkanal
Projektlaufzeit 01.01.2020 - 31.12.2020
Forschungsschwerpunkt Energie und Umwelt
Projektkategorie Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld Energie und Umwelt
Themengebiet Energie
Grundeinheit Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik

Inhaltliche Projektbeschreibung

Bearbeitungsstand/Ergebnisse:

Das Endlager Konrad wird für die Endlagerung von festen und verfestigten radioaktiven Abfällen mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung errichtet. Die Fortluft aus den übertägigen Einrichtungen wird über den Fortluftkanal Kamin in die Umgebung emittiert. Für die Überwachung dieser Emissionen muss ein geeignetes Probenentnahmesystem vorgesehen werden. Um die Probenentnahme mithilfe einer einzelnen Probenentnahmesonde in der Mitte des Fortluftkanals realisieren zu können, ist unter anderem ein Homogenitätsnachweis der Strömung an der Probenentnahmestelle nach DIN ISO 2889 nötig.

Der Fortluftkanal „Kamin“ besitzt an der Stelle der geplanten Probenentnahme einen Querschnitt von 4,40 m x 2,20 m. Der Kanal ist vor und nach dem Probenentnahmeort in zwei Teilkanäle mit einem Querschnitt von je 2,20 m x 2,20 m aufgeteilt. Die relativ kurze Einlauflänge bis zur geplanten Probenentnahmestelle beträgt ca. 16 m, was etwa dem 5,5-fachen hydraulischen Durchmesser entspricht.

Mit dem Ziel, die Repräsentativität im Bereich der geplanten Probenahme und damit den sicheren Betrieb der Anlage nachzuweisen, wurde ein Modellkanal im Maßstab 1:5 am IPM errichtet. Mit diesem Modellkanal werden die Strömungsverhältnisse im Fortluftkanal Kamin des geplanten Endlagers Konrad nachgebildet. Alle wesentlichen Einbauten (Barrieregitter, Brandschutzklappen) werden durch (geometrisch) skalierte Dummy Einbauten nachgebildet.

 

Ansicht Modellkanal KONRAD am IPM

 

Die Experimente am Modellkanal in Phase 1 des Projektes zeigten, dass die Homogenitätskriterien in der aktuell geplanten Ausführung des Fortluftkanals nicht in allen Betriebszuständen hinreichend unterschritten werden. So lag insbesondere der Variationskoeffizient der Strömungsgeschwindigkeit über 10 % und somit über den Empfehlungen zur Einhaltung der Homogenitätskriterien gemäß DIN ISO 2889. Die Winkelabweichung und der Variationskoeffizient der Partikelverteilung lagen i. d. R. unterhalb von 10° bzw. 10 % und somit deutlich unterhalb der Homogenitätskriterien gemäß DIN ISO 2889. Zwischen den Ergebnissen mit unterschiedlichen Partikeln konnten keine wesentlichen Unterschiede festgestellt werden. Dies entspricht auch der theoretischen Betrachtung, nach der aufgrund der geringen AED der Partikel diese der Luftströmung unmittelbar folgen. Als konservative Wahl wurden die nachfolgenden Versuche daher nur noch mit den Partikeln mit dem größten AED durchgeführt.

Um die Strömungsgeschwindigkeiten in der Probenentnahmeebene weiter zu homogenisieren, wurden in der Phase 2 des Projektes die Auswirkungen verschiedener Einbauten auf die Homogenität mittels CFD-Methoden untersucht. Hauptursache für die hohe Variation der Strömungsgeschwindigkeiten in der Probenentnahmeebene ist eine deutliche Absenkung der Strömungsgeschwindigkeit in der Kanalmitte. Die Absenkung entsteht, da die Versuchsstrecke aus zwei Teilkanälen besteht, welche über ein Hosenstück zusammengeführt werden. Der Abstand zwischen der Kanalzusammenführung und der Probenentnahmeebene ist zu kurz, als dass diese Störung ausgeglichen werden kann. Außerdem befinden sich vor der Zusammenführung der Teilkanäle rechtwinklige 90° Bögen in den Teilkanälen. Durch diese kommt es zu einer Verschiebung der Strömungsgeschwindigkeitsmaxima in Richtung Kanalboden. Als vielversprechendste Variante für zusätzliche Kanaleinbauten zur Homogenisierung

der Strömung stellte sich bei den CFD-Simulationen die Kombination von Umlenkblechen in den 90° Bögen vor und einem Lochblech nach Zusammenführung der Teilkanäle heraus. Diese Einbauten wurden im Modellkanal umgesetzt.

 

CFD-Simulation Modellkanal (Geschwindigkeitsverteilung)

 

Die Homogenität der Strömung konnte durch die Einbauten verbessert werden. So wurde die Absenkung der Strömungsgeschwindigkeit in der (horizontalen) Kanalmitte vollständig egalisiert. Die Verschiebung des Strömungsgeschwindigkeitsmaximums in Richtung Kanalboden konnte teilweise beseitigt werden. Durch die verbesserte Homogenisierung konnten die Homogenitätskriterien gemäß DIN ISO 2889 an der geplanten Probenentnahmestelle im Modellkanal ausreichend unterschritten bzw. die Homogenität nachgewiesen werden. Der Modellkanal und die eingesetzten Partikel wurden so skaliert, dass die strömungsmechanische Ähnlichkeit zum Originalkanal sichergestellt war. Sollte der Fortluftkanal Kamin mit den geplanten Einbauten ausgestattet werden, kann demnach von einer Unterschreitung der Homogenitätskriterien nach DIN ISO 2889 ausgegangen werden.

 

 

 

Weitere Daten

  • Ansprechpartner

    • Herr Prof. Alexander Kratzsch (Projektleitung)
  • Schlagworte

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