Numerische Simulation von Instabilitäten vertikalen Kondensations-Zwischenüberhitzern

H. Herbell, A. Classin, J. Starflinger, Th. Schulenberg

Feuchtigkeitsabscheider und Zwischenüberhitzer in Kernkraftwerken dienen zur Verhinderung von Erosion-Korrosion in den letzten Niederdruckturbinenstufen. Zur Zwischenüberhitzung wird im allgemeinen Dampf aus der Frischdampfleitung abgezogen. Der aus der Hochdruckturbine freigesetzte Dampf strömt auf die Mantelseite des Zwischenüberhitzers. Er wird überhitzt, während unmittelbar nach dem Reaktor abgezogener Dampf in den Rohren kondensiert. Deutsche Kernkraftwerke weisen vorwiegend Geradrohr-Zwischenüberhitzer auf. Auf Grund der ausgeprägten Dichteänderung bei der Kondensation können Zwischenüberhitzer verschiedenen Instabilitäten in der thermohydraulischen Strömung ausgesetzt sein; diese sind zu vermeiden.

Der Systemcode APROS 5.08 ist zu Simulationen eines Versuchs verwendet worden, bei dem in einem Rohr instabile Hochgeschwindigkeitsdampfkondensation auftritt. Die Simulationen zeigen, dass die Strömung periodisch gedrosselt wird. Die mit den Schwankungen zusammenhängenden Phänomene sind identifiziert worden.

Es ist darauf hinzuweisen, dass eine periodisch gedrosselte Strömung in den zur Zeit betriebenen Zwischenüberhitzern in Kernkraftwerken nicht auftreten kann, solange das Medium eindeutig mit Unterschallgeschwindigkeit strömt. Außerdem wird der hydrostatische Druck gewöhnlich in den Zwischenüberhitzerrohren geregelt.