Masterarbeit im Bereich solare Wärmekraftwerke: Numerische Strömungssimulation von Natrium/Flüssigsalz-Wärmetauschern

  • 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 Receivern von konzentrierenden Solarkraftwerken eignen. Die im Receiver solarthermisch erzeugte Wärme kann entweder über einen Flüssigmetall-Gas-Wärmetauscher dem Gasturbinenkreislauf zur Verfügung gestellt werden, oder zuerst über einen Flüssigmetall-Flüssigsalz-Wärmetauscher an den Sekundärkreislauf mit thermischen Wärmespeichern übertragen werden und anschließen dem  Stromerzeugungskreislauf zugeführt werden.

     

    Im Rahmen der Arbeit soll ein numerisches Modell eines Flüssigmetall-Flüssigsalz-Rohrbündel-wärmetauschers für CSP entstehen. Hierfür werden zunächst die relevanten Auslegungs- und Modellparameter unter Berücksichtigung der thermofluiddynamischen Grundbedingungen in solarthermischen Kraftwerken definiert und anhand derer ein konstruktives Design abgeleitet. Zur Identifikation von Optimierungsmöglichkeiten der thermischen Strömungsführung innerhalb des Wärmetauschers und von kritischen Strömungsbereichen, soll die Strömung anschließend mit Hilfe von CFD berechnet werden.

     

    Die Masterarbeit umfasst folgende Aufgaben:

    • Einarbeitung in die Thematik: Numerische Strömungsmechanik, Turbulenzmodellierung, Wärmetauscher, Flüssigmetallströmungen, solarthermische Wärmekraftwerke
    • Auslegung eines Rohrbündelwärmetauschers bei unterschiedlichen Betriebszenarien
    • 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: M. Sc. Björn Brenneis (bjoern.brenneis@kit.edu) und Dr.-Ing. Sebastian Ruck (sebastian.ruck@kit.edu)