Flüssigmetalle weisen gegenüber anderen Wärmeträgermedien herausragende Wärmeübertragungseigenschaften auf. Aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und ihres einphasigen Verhaltens innerhalb eines breiten Temperaturbereichs, lassen sich enorme Wandwärmestromdichten und Enthalpieströme in Wärmetauschern unter Hochtemperaturbedingungen erzielen, wodurch sich Flüssigmetalle insbesondere als Wärmeträgermedien in den ersten Kreisläufen von konzentrierenden Solarkraftwerken eignen. Die im Receiver solarthermisch erzeugte Wärme kann entweder direkt über einen Flüssigmetall-Gas-Wärmetauscher einem Brayton-Kreislauf zur Verfügung gestellt werden, oder indirekt über einen gasbetriebenen Sekundärkreislauf einem Dampfkreislauf zugeführt werden. Zur Entkopplung des Kreislaufs vom schwankenden Wärmeintrag durch die Sonnenstrahlung kann das Flüssigmetall in thermischen Flüssigmetall-Wärmespeichern zwischengespeichert werden und bei Bedarf die Wärmebereitstellung für den primären oder sekundären Kreislauf gewährleisten.

Im Rahmen der Arbeit soll das numerische Modell eines für experimentelle Studien vorgesehenen Flüssigmetall-He-Rohrbündel-Wärmetauschers entstehen. Hierfür werden zunächst die relevanten Auslegungs- und Modellparameter unter Berücksichtigung der thermofluiddynamischen Randbedingungen in der Natrium-betriebenen KASOLA-Anlage des INR festgelegt und anhand einer Parameterstudie das konstruktive Design abgeleitet, das anschließend in einer CFD-Studie im Detail berechnet werden soll.

Die Masterarbeit umfasst folgende Aufgaben:

Einarbeitung in die Thematik: Numerische Strömungsmechanik, Turbulenzmodellierung, Wärmetauscher, Flüssigmetallströmungen, solarthermische Wärmekraftwerke

Auslegung des skalierten Models eines Na-He-Rohrbündelwärmetauschers

Erstellen des numerischen CFD-Modells und Durchführen der Berechnungen

Ergebnisauswertung

Schriftliche Ausarbeitung der Masterarbeit

Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines wissenschaftlichen Kolloquiums

Dauer: 6 Monate
Beginn der Masterarbeit: sofort
Ort: Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik
Gruppe: Anlagenentwicklung, Systemdynamik und Sicherheit
Kontakt und Betreuung: Dr. Alexandru Aurelian Onea (alexandru.onea@kit.edu) und Dr.-Ing. Sebastian Ruck (sebastian.ruck@kit.edu)