Simulation von Druckabfall und Kavitation
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: StrömungsmechanikDie Axpo AG ist ein Schweizer Energieanbieter. Im Rahmen eines Optimierungsprozesses sollen bereits installierte Venturidüsen mittels Simulation von CADFEM überprüft werden.
Zusammenfassung
Aufgabe
Im Rahmen einer Überprüfung eines Kernkraftwerks sollen bereits installierte Komponenten mit Simulation optimiert werden. Insbesondere Druckverluste und Unsicherheiten bei der Bewertung für die in den Wassernotversorgungssystemen (AFW) der Dampferzeuger eingebauten Durchflussbegrenzer galt es nachzuvollziehen.
Lösung
Berechnungen der Turbulenzen in Ansys CFD mit parametrischen Modellen in Bezug auf Fertigungstoleranzen und Oberflächenrauhigkeit lieferten die entsprechenden Druckverlustkoeffizienten und beseitigten Unsicherheiten bei zwei Durchflussbegrenzergeometrien.
Kundennutzen
Die durch Ausfallzeiten verursachten Kosten konnten erheblich reduziert werden, und es wurden wichtige Informationen gewonnen, die durch experimentelle Messungen nicht verfügbar waren.
Die Axpo AG ist unter anderem für den Betrieb und Unterhalt von zwei Kernkraftwerken in der Schweiz verantwortlich. Im Rahmen einer Überprüfung der Kernkraftwerke sollen bereits installierte Komponenten mit Simulation optimiert werden. Insbesondere Druckverluste und Unsicherheiten bei der Bewertung für die in den Wassernotversorgungssystemen (AFW) der Dampferzeuger eingebauten Durchflussbegrenzer (Venturidüse) galt es nachzuvollziehen.
Die durch Ausfallzeiten verursachten Kosten konnten erheblich reduziert werden, und es wurden wichtige Informationen gewonnen, die durch experimentelle Messungen nicht verfügbar waren. Die Eigenschaften des Durchflussbegrenzers konnten dank eines tieferen Verständnisses der relevanten Effekte und Parametervariationen (Rohrrauhigkeit, Toleranzen, Kavitation) erneut überprüft werden. Weitere Geometrien und Strömungsbedingungen, einschließlich Kavitation, konnten dank dem Wissenstransfer und den Qualitätskontrollen von CADFEM durch Axpo zuverlässig berechnet werden.
Berechnungen der Turbulenzen in Ansys CFD mit parametrischen Modellen in Bezug auf Fertigungstoleranzen und Oberflächenrauhigkeit lieferten die entsprechenden Druckverlustkoeffizienten und beseitigten Unsicherheiten bei zwei Durchflussbegrenzergeometrien. An das Beratungsprojekt schlossen sich ein Know-how-Transfer und Best-Practice-Seminare an, wobei der Schwerpunkt auf Kavitationseffekten lag, die für eine 300%ige Erhöhung des Druckverlusts unter bestimmten Strömungsbedingungen verantwortlich sind. Gezielte Messungen für einige erreichbare Betriebsbedingungen und für jeden Durchflussbegrenzer wurden von Axpo als letzter Validierungsschritt nach der Installation des Durchflussbegrenzers durchgeführt (siehe Tabelle). Diese Ergebnisse, die Abweichungen von stochastischen Modellparametern (Toleranzen, Viskosität, Rauheit) und Messfehlern beinhalten, zeigten, dass Mess- und Simulationsergebnisse innerhalb der Fehlergrenzen übereinstimmten.