Jet-stratification interaction: a computational study of containment-relevant flow configurations

Die turbulente Aufnahme von Fluid (engl., entrainment) aufgrund lokaler Wechselwirkungen zwischen Freistrahlen und stabilen Dichteschichtungen ist in einer Vielzahl von Problemstellungen in Industrie und Natur zu beobachten. Die Forschungsmotivationen sind somit breit gefächert und reichen von der Prognose globaler Wettermuster bis hin zu Innovationen der Gebäudebelüftung. Neben der generellen Herausforderung von Entrainmentvorhersagen konzentriert sich diese Arbeit auf die Auflösung von störfallrelevanten Wasserstoffanhäufungen im nuklearen Sicherheitseinschluss, welche eine ernsthafte Bedrohung für die Integrität der strukturellen Barrieren durch die Gefahr von Knallgasexplosionen darstellen. Ziel der Arbeit ist die Beurteilung numerischer Konzepte der Turbulenzmodellierung, insbesondere die der Grobstruktursimulation und eines statistischen Wirbelviskositätsmodells von zentraler industrieller Bedeutung, den transienten Abtrag von Leichtgasschichtungen durch den Aufprall turbulenter Freistrahlen vorherzusagen. Vor der Betrachtung komplexer Konfigurationen werden als Kernelement zur Bewertung der verwendeten Methoden zunächst relevante Strömungsphänomene gesondert untersucht. Des Weiteren erfolgt die Einführung und Charakterisierung einer stationären Konfiguration zur Förderung der Entwicklung, Kalibrierung und Validierung von Turbulenzmodellen. Schließlich werden anhand numerischer Berechnungen experimentelle Modellkonfigurationen von Sicherheitsbehältern unterschiedlicher Skalen und bestimmender Parameter reproduziert.