Stabilität

Nichtlineare Analyse von Dichtewellenoszillationen in Siedewasserreaktor-Brennelementen

Beschreibung

Beim  Überschreiten  einer  kritischen  Leistung  im  Siedewasserreaktor  (SWR)  würden  Oszillationen  des Kühlmittelmassenstroms  aufgrund  von  Dichteänderungen  im  Brennelement  auftreten,  die  durch  geeignete Auslegung zu vermeiden sind. Hierbei spielt die Kopplung verschiedenster Teildisziplinen, wie zum Beispiel der Neutronik, Thermohydraulik und Brennstabdynamik, eine entscheidende Rolle.

Ein stabiler Betriebszustand wird in der Praxis durch die Einhaltung eines Abstands zu einer Stabilitätsgrenze basierend auf einer linearen Theorie realisiert. Die Beschreibung von nichtlinearen Zuständen des Systems  wird  durch  zeitaufwändige  numerische  Integration  und  experimentiellen  Daten  gesichert.  Eine nichtlineare Stabilitätsanalyse soll eine Beschleunigung und Verbesserung der Methode mit sich bringen.

Innerhalb des Promotionsvorhabens wird ein hinreichendes Modell entwickelt, welches hinreichend genau die  Physik eines SWR abbildet. Basierend auf der etablierten Methode der linearen Stabilitätsanalyse wird der Weg beschrieben, welcher zu einer neue mathematischen Methode führen soll, welche es vermag Oszillationen des nichtlinearen Systems vorherzusagen.

Benutzte Software

Für verschiedenste Entwicklungen wird die Hilfe von unterschiedlichen Programmpacketen bemüht. Beispielsweise  für  die  Herleitung  jeglicher  Gleichung  bzw.  das  Schreiben  von  Programmroutinen,  finden mathematische Programme wie Mathematica und Matlab Verwendung. Lösungsroutinen werden mittels hochgenauer Löser des kommerziellen Softwarepakets Comsol geschrieben.

Verwendete physikalische Modelle

Neutronik, Thermohydraulik und Dynamik des Brennelements

  (a)  Kopplung eines SWRs (March-Leuba  et  al.  [1])

 (b) Skizze des SWR Kreislaufs (Schulenberg [2])

Literatur

[1]  J. March-Leuba,   U.S.  Nuclear  Regulatory   Commission.,    and  Oak   Ridge  National   Laboratory. Density-wave instabilities in boiling water  reactors [microform]   /  prepared  by J.  March-Leuba.     Division  of Systems   Technology,   Office   of  Nuclear  Reactor   Regulation,  U.S.  Nuclear   Regulatory Commission: Supt.  of  Docs., U.S.  G.P.O.   [distributor], Washington,   DC, 1992; http://www.ornl.gov/info/reports/1992/3445605784933.pdf

[2]  T. Schulenberg.  Kernkraftwerkstechnik.  lecture notes, 2010.