Wissensbasierte Modellierung von Transportvorgängen bei partikelbelasteter Strömung in SWR nach Kühlmittelverluststörfällen

Die vorliegende Dissertationsschrift ordnet sich an der Schnittstelle der Wissenschaftszweige Automatisierungstechnik und Reaktorsicherheits-forschung ein. Gegenstand der Untersuchungen ist die Entwicklung verbesserter und effizienter Modelle für die Beschreibung von partikelbelasteten Kühlmittelströmungen in einem Siedewasserreaktor nach einem Kühlmittelverluststörfall. Insbesondere wird der Einfluss des freigesetzten Isolationsmateriales auf den Differenzdruck an den Rückhaltevorrichtungen des Not-/Nachkühlsystems in einem Siedewasserreaktor in Folge eines postulierten Kühlmittelverluststörfalles untersucht.
Ausgehend von der Analyse des Standes von Wissenschaft und Technik erfolgt die Entwicklung eines Gesamtmodells zur Berechnung des Differenzdruckes über den Rückhaltevorrichtungen. Das Gesamtmodell ist modular aufgebaut. Jedes der drei Module charakterisiert, ausgehend von der Freisetzung über den Transport des Isolationsmateriales in der Kondensationskammer und im Steuerstabsantriebsraum bis hin zum Differenzdruckaufbau an den Rückhaltevorrichtungen, ein wesentliches Phänomen des Isolationsmaterialverhaltens. Es wurde die Prozessspezifik eines Kühlmittelverluststörfalls eingehend analysiert. Das entwickelte Gesamtmodell berücksichtigt die Nichtlinearitäten der physikalischen Vorgänge. Das Differenzdruckmodell wurde mit Hilfe der Methode der Künstlichen Neuronalen Netze auf Grundlage einer experimentellen Datenbasis erstellt. Weiterhin wird die Kaskadierung des Differenzdruckmodelles mit dem Ziel der Visualisierbarkeit im dreidimensionalen Merkmalsraum durchgeführt. Anhand der Gewichtsanalyse erfolgt die physikalische Verifikation der kompakten und kaskadierten Differenzdruckmodellstruktur.
Mit Hilfe des Gesamtmodells ist erstmals die geschlossene Berechnung des Differenzdruckes an den Rückhaltevorrichtungen der Not-/Nachkühlstränge im Ergebnis eines postulierten Kühlmittelverluststörfalles möglich. Die Simulationszeit des Gesamtmodells wurde im Vergleich zu komplexen dreidimensionalen numerischen Simulationscodes deutlich reduziert. Das Gesamtmodell wurde erfolgreich auf ein postuliertes Kühlmittelverluststörfallszenario für einen Siedewasserreaktor angewendet.