Analytical pre-test support of boil-down test QUENCH-11

Analytische Unterstützung zur Vorbereitung des Ausdampf-Versuchs QUENCH-11
Im QUENCH-Vorhaben des Forschungszentrums Karlsruhe soll das Fluten eines teilweise zerstörten Kerns untersucht werden. Der zweite LACOMERA Versuch Q-L2 (QUENCH-11) beginnt mit einer Ausdampfphase des Bündels, bis der Wasserspiegel das untere Bündel¬ende erreicht hat. Ein derartiger Versuch wurde bislang noch nicht in der QUENCH-Anlage durchgeführt, so dass mit SCDAP/RELAP5 mod3.2.irs eine Machbarkeitsstudie erforderlich war. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Zusatzheizung im unteren Plenum notwendig ist, um den Wasserstand und die Verdampfungsrate (Dampfmassenstrom in der Ausdampfphase) unabhängig von der angestrebten Maximaltemperatur im Bündel zu regeln. ... mehrFür eine verläss¬liche Versuchsplanung sowie zur Erstellung der Energiebilanz muss die Zusatzheizung in¬nerhalb des unteren Plenums unterhalb der Wasseroberfläche installiert werden, damit die Heizleistung vollständig in das Wasser eingekoppelt wird. Um die Verdampfungsrate über längere Zeit aufrecht zu erhalten, muss zusätzlich Wasser in das untere Plenum eingespeist werden.
Anhand dieser Rechnungen wird der Testablauf im Detail diskutiert. Eine entsprechende Studie zeigte die Durchführbarkeit eines solchen Ausdampftests und war die Grundlage für die oben erwähnten Änderungen in der Anlage und der Versuchs-Durchführung gegenüber früheren Tests. Eine Reihe von Vorversuche wurde durchgeführt, um die Brauchbarkeit der Änderungen an der Anlage und der geplanten Versuchsführung zu prüfen und um Daten für das thermohydraulische Verhalten der Anlage zu bekommen, an denen die Code-Modelle für die Voraus- und Nachrechnungen von QUENCH-11 getestet werden können. Im Anschluss an die Vorversuche wurden wie bei früheren QUENCH-Tests detaillierte Vorausrechnungen mit verschiedenen Codes zu Versuchsablauf und -steuerung durchgeführt. Drei Forschungs¬einrichtungen in der EU waren beteiligt. Die berechneten Ergebnisse reagieren empfindlich auf Änderungen der Versuchsparameter wie das anfängliche axiale Temperaturprofil und die eingespeiste elektrische Leistung, wie es auch für die untersuchten physikalischen Bedin¬gungen im Versuch erwartet werden kann.

The QUENCH program at Forschungszentrum Karlsruhe is focused on the investigation of degraded core reflood. Out of the series of bundle tests, the second LACOMERA test, QUENCH-L2 (QUENCH-11), includes a boil-off phase from the start of the test up to the time, when the water has dropped to the lower end of the bundle. Such a test sequence has not yet been performed in the QUENCH facility so that a feasibility study was necessary. Its results, obtained with SCDAP/RELAP5 mod3.2.irs, show that an auxiliary heater in the lower plenum is required to control the water level as well as the evaporation rate (steam mass flow rate during boil-off) independently of the envisaged rod temperatures. ... mehrTo derive reliable predictions for the test conduct as well as to dress an energy balance, indispensable for ana¬lytical work, the auxiliary heater must be installed below the water level in the lower plenum, so that the total electric power is released into the water. To maintain the evaporation rate over a sufficiently long time, additional water has to be fed into the lower plenum.
Based on the calculations, the test sequence is discussed in detail. An initial feasibility study demonstrated the viability of such a boil-down test, subject to the design and operational modifications mentioned above. A series of preparatory tests were performed to qualify the additional features, to demonstrate test control by means of the planned test procedure, and to provide data on the thermal-hydraulic characteristics of the facility for benchmarking of the code models used for test planning and subsequent analysis of QUENCH-11. After the pre¬paratory tests, detailed pre-test calculations with different codes were performed to define the final test protocol, as was done in previous QUENCH tests. Three research institutions in the EU were involved. The calculated results for boil-down are very sensitive to changes of parameters like the initial axial temperature profile and electrical power input as can be ex¬pected for the physical conditions in the test.