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COSMOS-L

Critical-heat-flux On Smooth and Modified Surfaces – Low pressure loop

Kontakt: stephan.gabriel∂kit.edu; giancarlo.albrecht∂kit.edu

 

Der Thermohydraulikversuchstand COSMOS-L (Abbildung 1) dient der Untersuchung komplexer Strömungs- und Wärmeübergangsphänomene in siedenden Strömungen, die in der Energietechnik relevant sind. Die Anlage wird mit vollentsalztem Wasser als Versuchsmedium betrieben und elektrisch beheizt. Durch leistungsfähige Mess- und Regelungstechnik sind Messungen bis hin zur Siedekriese möglich. Einige wichtige Anlagenparameter können Tabelle 1 entnommen werden.

 

Abbildung 1. Ansicht auf die Versuchsanlage und Teststrecke

   Tabelle 1: Anlagenparameter

 

Die Anlage ist umfangreich instrumentiert. Gemessen werden zahlreiche Parameter, die den Anlagenzustand hinsichtlich Thermohydraulik und weiteren Größen wie der Wasserqualität erfassen. Dazu kommt der Versuchsaufbau mit seiner spezifischen Instrumentierung. Besonders hervorzuheben ist die Temperaturmessung am Heizer, die in der Lage ist eine auftretende Siedekriese sehr schnell zu detektieren und die Heizleistung abzuwerfen bevor der Heizer beschädigt wird. In der Teststrecke können verschiedene Versuchsanordnungen, von flächigen Heizern über einzelne Heizrohre bis hin zu beheizten Stabbündeln eingesetzt werden.

Bisher wurden zwei verschiedene Teststrecken für Messungen unter praxisnahen Bedingungen eingesetzt. C. Haas entwickelte im Rahmen seiner Dissertation eine Ringspaltteststrecke (Abbildung 2) die bis heute kontinuierlich weiterentwickelt und modernisiert wurde.

 

 

Abbildung 2. Ringspaltteststrecke an COSMOS-L

 

Die Teststrecke besteht aus einem einzelnen Heizrohr in einem durchströmten Ringspalt, der von außen durch ein Glasrohr eingeschlossen wird. Durch das Glas kann die siedende Strömung auf der vollen beheizten Länge von 32 cm beobachtet werden. Dies macht auch den Einsatz von (laser-) optischen Messmethoden möglich.

Die zweite Teststrecke (Abbildung 3) hat einen quadratischen Querschnitt und beinhaltet ein Stabbündel von fünf oder neun Heizrohren deren Heizleistung einzeln und unabhängig voneinander geregelt werden kann. Damit ist es möglich unterschiedliche Leistungsverteilungen zu realisieren. Dadurch können unterschiedliche Randbedingungen geschaffen und die Instrumentierung an dem Ort konzentriert werden, an dem das zu beobachtende Phänomen, z.B. die Siedekrise, am wahrscheinlichsten Auftritt.

 

Abbildung 3. Stabbündelteststrecke an COSMOS-L

 

Seit dem Beginn des Anlagenbetriebs wurden zahlreiche Versuche im Rahmen von Abschlussarbeiten und geförderten Projekten durchgeführt. Nachfolgend sind ausgewählte Publikationen aufgelistet:

  • C. Haas: “Critical Heat Flux for Flow Boiling of Water at Low Pressure on Smooth and Micro-Structured Zircaloy Tube Surfaces”. Dissertation, KIT Scientific Reports No. 7627. Karlsruhe 2012 https://www.ksp.kit.edu/9783866449237
     
  • C. Haas, F. Kaiser, T. Schulenberg, T. Wetzel: “Critical heat flux for flow boiling of water on micro-structured zircaloy tube surfaces”. International Journal of Heat and Mass Transfer, 120 (2018) 793-806
     
  • Th. Frank, Amine Ben Hadj Ali, Conxita Lifante, Moritz Bruder, Florian Kaiser, Henning Eickenbusch: "Prediction of Convective Boiling up to Critical Heat Flux (CHF) Conditions for Test Facilities with Vertical Heaters". 15th Joint HZDR & ANSYS Conference "Multiphase Flows: Simulation, Experiment and Application". Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Germany, 14.-17. November 2017.
     
  • Th. Frank, Amine Ben Hadj Ali, Conxita Lifante, Florian Kaiser, Stephan Gabriel, Henning Eickenbusch: "Modeling of Wall-boiling Phenomena from Nucleate Subcooled Boiling up to CHF Conditions". 13. ERCOFTAC Technologietag, ERCOFTAC Pilotzentren Deutschland Süd und Nord, Internationales Begegnungszentrum "Eulenhof" der Universität Stuttgart, Germany, 30. November 2017. ERCOFTAC = European Research Community on Flow,Turbulence and Combustion.
     
  • C. Lifante, A. Ben Hadj Ali, H. Eickenbusch, ANSYS Germany M. Bruder TU-München, F. Kaiser, S. Gabriel KIT: PREDICTION OF CONVECTIVE BOILING UP TO CRITICAL HEAT FLUX (CHF) CONDITIONS FOR TEST FACILITIES WITH VERTICAL HEATERS, ICONE-27, Japan, May 19-24, 2019

 

Für weiterführende Informationen oder Datensätze wenden Sie sich bitte an die oben genannten Kontaktpersonen.