Master’s Thesis: Influence of Extended Flow Models on the Simulation of Small Modular Reactors - Stuttgart

The Institute of Nuclear Technology and Energy Systems (IKE) at the University of Stuttgart offers a master’s thesis on the simulation of small modular reactors (SMRs).

Small modular reactors are being developed as potential components of future energy systems. Their safety assessment requires reliable simulations of fluid flow and heat transfer. The simulation code ATHLET describes these processes in nuclear facilities. Previously verified and validated model extensions enable the explicit treatment of non-circular flow cross-sections and hydrodynamically developing flow.

The aim of this thesis is to investigate the relevance of these extensions using an existing SMR model. This involves analysing the reactor’s flow paths and their representation in the simulation model. Suitable geometries will be incorporated into selected model regions, and physically justified variants will be investigated.

Comparative simulations using the existing and extended modelling approaches will determine how accounting for cross-sectional shape and developing flow affects pressure losses and mass flow rates. Laminar, transitional, and turbulent flow regimes will be considered. The results will contribute to improving the modelling basis for reactor safety simulations.

Your tasks:

• Review the literature on the reactor concept and relevant flow phenomena
• Analyse the existing reactor model and select suitable regions for investigation
• Incorporate suitable geometries and define physically justified simulation cases
• Perform comparative simulations using existing and extended modelling approaches
• Analyse, physically interpret, and document the results in a scientific thesis

Your profile:

• Good knowledge of nuclear reactor design and modelling
• Knowledge of reactor physics and thermal-fluid dynamics
• Programming skills, for example in Python, MATLAB, or Fortran
• Ability to work independently and systematically

Starting date: By arrangement
Location: University of Stuttgart, IKE, Pfaffenwaldring 31, 70569 Stuttgart, Germany
Supervisor: M. Sc. Jan Wiesenmüller

If you are interested or have questions about the topic, please contact us by email.

Deutsche Version:

Am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE) der Universität Stuttgart bieten wir eine Masterarbeit zur Simulation kleiner modularer Kernreaktoren (SMR) an.

Kleine modulare Kernreaktoren werden als mögliche Bausteine einer zukünftigen Energieversorgung entwickelt. Für ihre sicherheitstechnische Bewertung sind zuverlässige Simulationen der Strömungs- und Wärmeübertragungsprozesse erforderlich. Das Simulationsprogramm ATHLET beschreibt diese Prozesse in kerntechnischen Anlagen. Bereits verifizierte und validierte Modellerweiterungen ermöglichen die gezielte Berücksichtigung nichtkreisförmiger Strömungsquerschnitte und hydrodynamischer Anlaufströmungen.

Ziel der Masterarbeit ist es, die Bedeutung dieser Erweiterungen anhand eines bestehenden SMR-Modells zu untersuchen. Dazu werden die Strömungswege im Reaktor und ihre Darstellung im Modell analysiert. Für ausgewählte Bereiche werden geeignete Geometrien eingebunden und physikalisch begründete Varianten untersucht.

Vergleichsrechnungen mit bisherigen und erweiterten Modellansätzen zeigen, welchen Einfluss die Berücksichtigung der Querschnittsform und der Anlaufströmung auf Druckverluste und Massenströme hat. Betrachtet werden laminare, transitionale und turbulente Strömungsbereiche. Die Ergebnisse leisten einen Beitrag zur Verbesserung der Grundlagen von Sicherheitssimulationen.

Ihre Aufgaben:

• Literaturrecherche zum betrachteten Reaktorkonzept und zu relevanten Strömungseffekten
• Analyse des vorhandenen Reaktormodells und Auswahl geeigneter Untersuchungsbereiche
• Einbindung geeigneter Geometrien und Festlegung physikalisch begründeter Untersuchungsfälle
• Vergleichsrechnungen mit bisherigen und erweiterten Modellansätzen
• Auswertung, physikalische Interpretation und wissenschaftliche Dokumentation der Ergebnisse

Ihr Profil:

• Gute Kenntnisse im Aufbau und in der Modellierung von Kernreaktoren
• Kenntnisse in Reaktorphysik und Thermofluiddynamik
• Programmierkenntnisse, beispielsweise in Python, MATLAB oder Fortran
• Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise

Beginn: Nach Vereinbarung
Ort: Universität Stuttgart, IKE, Pfaffenwaldring 31, 70569 Stuttgart
Betreuung: M. Sc. Jan Wiesenmüller

Bei Interesse oder Fragen zur Themenstellung freuen wir uns über Ihre Kontaktaufnahme per E-Mail.