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Thermo-Fluiddynamik und Systemanalyse
Über
Neben den technisch-ökonomischen Herausforderungen haben Fragen der technischen Sicherheit in Hinblick auf die Akzeptanz neuer Technologien eine besondere Bedeutung. Die numerische Strömungssimulation (CFD) wird heute als ein zentrales Simulationswerkzeug genutzt, um Sicherheitsfragestellungen im Zusammenhang mit einer unbeabsichtigten/unfallbedingten Wasserstoff-Leckage zu untersuchen und geeignete Sicherheitsmaßnahmen zu entwickeln bzw. zu bewerten. Hierbei ist zwischen spezialisierten (z.B. FLACS) und Mehrzweck-CFD-Programmen (z.B. ANSYS CFX oder OpenFOAM) zu unterscheiden. Erstere werden bereits in Genehmigungsverfahren eingesetzt, sind jedoch in ihrer Funktionalität und Validierung stark auf die marktreifen Anwendungen der Lizenznehmer ausgerichtet. Mehrzweck-CFD-Programme ermöglichen leichten Knowhow/Modelltransfer aus anderen Anwendungen, haben modernste numerische Verfahren und Löser und aufgrund des großen Nutzerkreises auch umfangreiche Schnittstellen, z.B. zu CAD-Software, und eignen sich sehr gut für die Simulation und Bewertung neuartiger Technologien.
Die Arbeitsgruppe „Thermo-Fluiddynamik und Systemanalyse“ entwickelt seit 15 Jahren Modelle zur Simulation der Wasserstoffverteilung im Verlauf von schweren Unfällen in Kernkraftwerken (z.B. Fukushima) und transferiert diese Erfahrung seit einigen Jahren erfolgreich in andere Wasserstoffanwendungen. Seit fünf Jahren wird diese Expertise mit der Entwicklung des maßgeschneiderten Simulationspakets ‚containmentFOAM‘ auf Basis der quell-offenen CFD-Software OpenFOAM konsolidiert und in die Anwendung gebracht. Wesentliche Herausforderung für die Modellanwendung auf neue Wasserstoff-Technologien besteht in der Beschreibung der dynamischen Betriebscharakteristik aller involvierten Systeme und Komponenten, für die eine dedizierte experimentelle Charakterisierung erforderlich ist.
Forschungsthemen
- Quelloffene CFD-Modellentwicklung und –validierung
- Systematische Modellintegration physikalischer Modelle
- Auftriebsgetriebene Mehrkomponentenströmungen
- Wärme- und Stofftransport bei der Kondensation
- Wärmestrahlungseffekte
- Modellierung des Betriebsverhaltens technischer Systeme
Veröffentlichungen
M. Kampili, S. Kelm, A. Dehbi, H.-J. Allelein
A CFD model for predicting turbulent dispersion of particles in natural convection flows: URANS - CRW coupled approach
Advanced Powder Technologies 35/6 (2024) 104502
https://doi.org/10.1016/j.apt.2024.104502
R. Kapulla, S. Kelm, U. Doll, X. Liu, S. Paranjape, D. Paladino
Large-scale PANDA facility – radiation experiments and CFD calculations
Kerntechnik 89/2 (2024) 202-217
https://doi.org/10.1515/kern-2023-0060
P. Wenig, S. Kelm, M. Klein
CFD Uncertainty Quantification using PCE–HDMR: Exemplary Application to a Buoyancy-Driven Mixing Process
Flow, Turbulence and Combustion 112 (2024) 191–216
https://doi.org/10.1007/s10494-023-00467-6
M.-S. Chae, S. Kelm, D. Paladino
Analyses of International Standard Problem ISP-47 TOSQAN experiment with containmentFOAM
Nuclear engineering and technology 56/2 (2024) 611-623
https://doi.org/10.1016/j.net.2023.10.038
K. Yassin, S. Kelm, M. Kampili, E.-A. Reinecke
Validation and Verification of containmentFOAM CFD Simulations in Hydrogen Safety
Energies 16 (2023) 5993
https://doi.org/10.3390/en16165993
A. George, S. Kelm, X. Cheng, H.J. Allelein
Efficient CFD Modeling of Bulk Condensation, Fog Transport and Re-Evaporation for Application to Containment Scale
Nuclear Engineering and Design 401 (2023) 112067
https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2022.112067
R. Ji, P. Wenig, S. Kelm, M. Klein
Epistemic uncertainty in URANS based CFD analysis of buoyancy driven flows - comparison of URANS and LES
Annals of Nuclear Energy 181 (2023) 109563
https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109563
R. Kapulla, X. Liu, S.Kelm, U. Doll, S. Paranjape, D. Paladino
Importance, Influence and Limits of CFD Radiation Modelling for Containment Atmosphere Simulations
Nuclear Engineering and Design 411 (2023) 112408
https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2023.112408
M. Freitag, E. W. Schmidt, M. Sonnenkalb, S. Kelm, M. Kotouč, R. Liang, P. Royl, S. Benz
CFD and LP Code Benchmark on the Onset of PAR Operation in Case of Extremely Low Oxygen Concentration
Nuclear Engineering and Design 400 (2023) 112056
https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2022.112056
P. Wenig, S. Kelm, M. Klein
CFD Uncertainty Quantification using using stochastic spectral methods–Exemplary application to a buoyancy-driven mixing process
Nuclear Engineering and Design 409 (2023) 112317
https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2023.112317
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Letzte Änderung: 04.12.2024