Entwicklung und Verifizierung eines Berechnungsprogramms zur thermischen Bewertung von nuklearen Transport- und Lagerbehältern

Titelangaben

Dinkel, Christian ; Rieg, Frank:
Entwicklung und Verifizierung eines Berechnungsprogramms zur thermischen Bewertung von nuklearen Transport- und Lagerbehältern.
In: Brökel, Klaus ; Rieg, Frank ; Stelzer, Ralph (Hrsg.): 15. Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik 2017 : Interdisziplinäre Produktentwicklung. - Duisburg : Universität , 2017 . - S. 19-27 . - (Schriftenreihe Produktentwicklung und Konstruktionsmethodik ; 1 )
ISBN 978-3-940402-15-8

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Abstract

Die Abfuhr der Nachzerfallswärme ist eines von mehreren Schutzzielen von Transport- und Lagerbehältern für abgebrannte Brennelemente (T/L-Behälter). Die Finite Elemente Analyse (FEA) ist dabei eine wichtige Methode für die thermische Auslegung derartiger Behälter. Von besonderem Interesse ist ein gasgefüllter Ringspalt, der den Behälter in einen inneren und einen äußeren Teil trennt. Um den Einfluss des Spaltes, der im Verhältnis zu den übrigen Abmessungen eines T/L-Behälters äußerst klein ist, effizient in einer FE-Simulation mit allen für die Wärmeübertragung nötigen Effekten abzubilden, wird im Rahmen eines Forschungsprojekts eine spezielle Randbedingung entwickelt, die als sogenannte thermische Spaltbedingung (TSB) bezeichnet wird. Mithilfe dieser TSB soll es möglich sein, die Einflüsse des Ringspaltes auf die Wärmeübertragung zu berücksichtigen, ohne diesen zu vernetzen. Zur Beschreibung der thermischen Vorgänge werden analytische Gleichungen aufgestellt. Die Herausforderung liegt in der Definition dieser analytischen Gleichungen. Die korrekte Funktionsweise der thermischen Spaltbedingung wird mittels Prüfstandversuchen verifiziert. Wird eine TSB erfolgreich aufgestellt, führt ihre Verwendung zu einer deutlichen Vereinfachung des Modellierungsaufwands und ermöglicht eine kurze Berechnungszeit bei gleichzeitiger Berücksichtigung der entscheidenden thermischen Effekte im Ringspalt.

Abstract in weiterer Sprache

The dissipation of decay heat is one among other protection objectives of nuclear transport- and storage casks (T/S-cask). The Finite Element Analysis (FEA) is an important method for the thermal evaluation of such casks. A gas filled annular gap which divides the cask in inner and outer part is of particular interest. In comparison to the remaining dimensions the gap is very small. In order to include its influences in thermal calculations efficiently, a special boundary condition, called Thermal Gap Condition (TGC), is developed within the frame of a research project. With the help of the TGC, it is possible to consider the influences of the annular gap on the heat transfer without the need of meshing this area. Analytical equations are used to describe the thermal processes. The correct creation of these equations is a big challenge. The proper functioning of the Thermal Gap Condition is verified by test-bench experiments. After the successful implementation of a TGC the modeling effort and the calculation duration is reduced significantly, whereby the thermal effects of the annular gap are considered.