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 Sekundäkreislauf gewährleisten.

Im Rahmen der Arbeit soll die thermische Strömung innerhalb eines thermoklinen Natrium-Wärmespeichers mittles CFD für typische thermofluiddynamischen Randbedingungen solarthermischer Kraftwerken simuliert werden. Das Ziel ist die Optimierung der thermischen Strömungsführung innerhalb des Speichers sowie die Identifikation von kritischen Strömungsbereichen.

Die Masterarbeit umfasst folgende Aufgaben:

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

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: Thermohydraulik, Systemdynamik und Sicherheit
Kontakt und Betreuung: M. Sc. Björn Brenneis (bjoern.brenneis@kit.edu) und Dr.-Ing. Sebastian Ruck (sebastian.ruck@kit.edu)