Am 8. Mai 2025 wurde am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die neueste Thermohydraulik-Versuchsanlage COSMOS-H eröffnet. Dieses hochmoderne Forschungsinstrument ist speziell für die Untersuchung von Siede- und komplexen Strömungsphänomenen unter realistischen Kraftwerksbedingungen konzipiert. Mit der Fähigkeit, Drücke bis zu 160 bar und Temperaturen bis zu 360 Grad Celsius zu simulieren, stellt sie einen wichtigen Schritt in der Reaktorsicherheitsforschung dar.
Die Anlage hat eine installierte thermische Leistung von 1,8 Megawatt und nutzt fortschrittliche Messmethoden, um thermische Strömungsphänomene unter präzise geregelten Randbedingungen wie Druck, Temperatur und Heizleistung zu untersuchen. Über 100 hochauflösende Sensoren überwachen das System, während ein Robotersystem Hochgeschwindigkeitskameras positioniert, um die Experimente zu dokumentieren.
Forschungsanwendung und Sicherheit
Die Forschung an COSMOS-H konzentriert sich auf die Sicherheit von Industrieanlagen, insbesondere Kernreaktoren und Solarkraftwerken. Der Betrieb erfolgt im Rahmen des Helmholtz-Programms NUSAFE durch die Abteilung Multiphase Flows am Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES). Hierbei werden Siedekrisen und Wärmeübertragungsphänomene unter prototypischen thermodynamischen Bedingungen analysiert.
Speziell im Fokus stehen die kritischen Punkte wie „Dryout“ und „Departure from Nucleate Boiling“, die in Verbindung mit einem hochentwickelten Regelungssystem stehen, welches eine schnelle Abschaltung der Heizstrecke ermöglicht. Diese Schutzmaßnahmen sind essenziell, um mögliche Beschädigungen des Heizsystems zu verhindern.
Wissenschaftlicher Hintergrund und Bedeutung
Der Einsatz von COSMOS-H wird durch eine Vielzahl von Forschungsprojekten unterstützt, die sich mit der Physik der Wärmeübertragung unter Hochdruckbedingungen beschäftigen. Ziel ist es, nicht nur die Effizienz thermischer Prozesse in der Energieerzeugung, sondern auch die Sicherheit von Kernkraftwerken zu verbessern. Die Forschungsabteilung für Experimentelle Thermohydraulik am KIT verfolgt in diesem Kontext die Entwicklung von experimentellen Datenbanken für computergestützte Strömungsanalysen, die für die Validierung numerischer Modelle unerlässlich sind.
Die COSMOS-H-Anlage stellt somit ein bedeutendes Werkzeug dar, um das Verständnis von multiphasigen Strömungen zu vertiefen und die Sicherheitsstandards in der Kernenergie sowie in der Chemie- und Verfahrenstechnik weiter zu erhöhen.
Mit rund 10.000 Mitarbeitern und 22.800 Studierenden gehört das KIT zu den führenden Exzellenzuniversitäten Deutschlands. Das Engagement in zukunftsorientierten Forschungsfeldern wie der Thermohydraulik unterstreicht die Rolle des Instituts als Vorreiter in der Ingenieurwissenschaft.
