Several experimental tests to simulate a reflood phase of a cold-leg LBLOCA of the APR1400 have been performed using the ATLAS facility. This paper describes the related experimental results with respect to the thermal-hydraulic behavior in the core and the system-core interactions during the reflood phase of the cold-leg LBLOCA conditions. The present descriptions will be focused on the LB-CL-09, LB-CL-11, LB-CL-14, and LB-CL-15 tests performed using the ATLAS. The LB-CL-09 is an integral effect test with conservative boundary condition; the LB-CL-11 and -14 are integral effect tests with realistic boundary conditions, and the LB-CL-15 is a separated effect test. The objectives of these tests are to investigate the thermal-hydraulic behavior during an entire reflood phase and to provide reliable experimental data for validating the LBLOCA analysis methodology for the APR1400. The initial and boundary conditions were obtained by applying scaling ratios to the MARS simulation results for the LBLOCA scenario of the APR1400. The ECC water flow rate from the safety injection tanks and the decay heat were simulated from the start of the reflood phase. The simulated core power was controlled to be 1.2 times that of the ANS-73 decay heat curve for LB-CL-09 and 1.02 times that of the ANS-79 decay curve for LB-CL-11, -14, and -15. The simulated ECC water flow rate from the high pressure safety injection pump was 0.32 kg/s. The present experimental data showed that the cladding temperature behavior is closely related to the collapsed water level in the core and the downcomer.
Kim, Yeon-Sik;Yu, Xin-Guo;Kang, Kyoung-Ho;Park, Hyun-Sik;Cho, Seok;Choi, Ki-Yong
Nuclear Engineering and Technology
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제45권2호
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pp.179-190
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2013
A station blackout experiment called SBO-01 was performed at the ATLAS facility. From the SBO-01 test, the station blackout scenario can be characterized into two typical phases: A first phase characterized by decay heat removal through secondary safety valves until the SG dryouts, and a second phase characterized by an energy release through a blowdown of the primary system after the SG dryouts. During the second phase, some physical phenomena of the change over a pressurizer function, i.e., the pressurizer being full before the POSRV $1^{st}$ opening and then its function being taken by the RV, and the termination of normal natural circulation flow were identified. Finally, a core heatup occurred at a low core water level, although under a significant amount of PZR inventory, whose drainage seemed to be hindered owing to the pressurizer function by the RV. The transient of SBO-01 is well reproduced in the calculation using the MARS code.
Park, Hyun-Sik;Kwon, Tae-Soon;Moon, Sang-Ki;Cho, Seok;Euh, Dong-Jin;Yi, Sung-Jae
Nuclear Engineering and Technology
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제49권7호
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pp.1537-1546
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2017
Many thermal-hydraulic tests have been conducted at the Korea Atomic Energy Research Institute for verification of the SMART (System-integrated Modular Advanced ReacTor) design, the standard design approval of which was issued by the Korean regulatory body. In this paper, the contributions of these tests to the standard design approval of SMART are discussed. First, an integral effect test facility named VISTA-ITL (Experimental Verification by Integral Simulation of Transients and Accidents-Integral Test Loop) has been utilized to assess the TASS/SMR-S (Transient and Set-point Simulation/Small and Medium) safety analysis code and confirm its conservatism, to support standard design approval, and to construct a database for the SMART design optimization. In addition, many separate effect tests have been performed. The reactor internal flow test has been conducted using the SCOP (SMART COre flow distribution and Pressure drop test) facility to evaluate the reactor internal flow and pressure distributions. An ECC (Emergency Core Coolant) performance test has been carried out using the SWAT (SMART ECC Water Asymmetric Two-phase choking test) facility to evaluate the safety injection performance and to validate the thermal-hydraulic model used in the safety analysis code. The Freon CHF (Critical Heat Flux) test has been performed using the FTHEL (Freon Thermal Hydraulic Experimental Loop) facility to construct a database from the $5{\times}5$ rod bundle Freon CHF tests and to evaluate the DNBR (Departure from Nucleate Boiling Ratio) model in the safety analysis and core design codes. These test results were used for standard design approval of SMART to verify its design bases, design tools, and analysis methodology.
This study aimed at assessing the analysis capability of thermal-hydraulic computer code, MARS for the behaviors of the core make-up tank (CMT). The sensitivity study on the nodalization to simulate the CMT was conducted, and the MARS calculations were compared with KAIST experimental data and RELAP5/MOD3.3 calculations. The 12-node model was fixed through a nodalization study to investigate the effect of the number of nodes in the CMT (2-, 4-, 8-, 12-, 16-node). The sensitivity studies on various parameters, such as water subcooling of the CMT, steam pressure, and natural circulation flow were done. MARS calculations were reasonable in the injection time and the effects of several parameters on the CMT behaviors even though the mesh-dependency should be properly treated for reactor applications.
A metal-fueled pool-type liquid metal fast reactor (LMFR) provides large margins to sodium boiling and fuel damage under accident conditions. The favorable passive safety results are obtained by both a reactivity feedback mechanism in the core and a passive decay heat removal system. Among the various reactivity feedbacks, the ones by a thermal expansion of a radial dimension of the core and by the control rod drivelines are strongly dependent on the flow conditions in the core and the hot pool, respectively. The effects of multidimensional thermal hydraulic characteristics on these reactivity feedbacks are investigated by the system-wide safety analysis code SSC-K with advanced thermal hydraulics models. Particularly a detailed three dimensional thermal hydraulics reactor core model is integrated into SSC-K for use in a whole system analysis of the passive safety aspects of LMR designs. The model provides fuel and cladding temperatures for every fuel pin in a reactor and coolant temperatures for every coolant sub-channel in the reactor.
The methods and performance of a pin-level nuclear reactor core thermal-hydraulics (T/H) code ESCOT employing the drift-flux model are presented. This code aims at providing an accurate yet fast core thermal-hydraulics solution capability to high-fidelity multiphysics core analysis systems targeting massively parallel computing platforms. The four equation drift-flux model is adopted for two-phase calculations, and numerical solutions are obtained by applying the Finite Volume Method (FVM) and the Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation (SIMPLE)-like algorithm in a staggered grid system. Constitutive models involving turbulent mixing, pressure drop, and vapor generation are employed to simulate key phenomena in subchannel-scale analyses. ESCOT is parallelized by a domain decomposition scheme that involves both radial and axial decomposition to enable highly parallelized execution. The ESCOT solutions are validated through the applications to various experiments which include CNEN $4{\times}4$, Weiss et al. two assemblies, PNNL $2{\times}6$, RPI $2{\times}2$ air-water, and PSBT covering single/two-phase and unheated/heated conditions. The parameters of interest for validation include various flow characteristics such as turbulent mixing, spacer grid pressure drop, cross-flow, reverse flow, buoyancy effect, void drift, and bubble generation. For all the validation tests, ESCOT shows good agreements with measured data in the extent comparable to those of other subchannel-scale codes: COBRA-TF, MATRA and/or CUPID. The execution performance is examined with a mini-sized whole core consisting of 89 fuel assemblies and for an OPR1000 core. It turns out that it is about 1.5 times faster than a subchannel code based on the two-fluid three field model and the axial domain decomposition scheme works as well as the radial one yielding a steady-state solution for the OPR1000 core within 30 s with 104 processors.
Park, Hyun-Sik;Choi, Ki-Yong;Cho, Seok;Kang, Kyoung-Ho;Kim, Yeon-Sik
Nuclear Engineering and Technology
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제43권3호
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pp.257-270
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2011
A set of reflood tests has been performed using ATLAS, which is a thermal-hydraulic integral effect test facility for the pressurized water reactors of APR1400 and OPR1000. Several important phenomena were observed during the ATLAS LBLOCA reflood tests, including core quenching, down-comer boiling, ECC bypass, and steam binding. The present paper discusses those four topics based on the LB-CL-11 test, which is a best-estimate simulation of the LBLOCA reflood phase for APR1400 using ATLAS. Both homogeneous bottom quenching and inhomogeneous top quenching were observed for a uniform radial power profile during the LB-CL-11 test. From the observation of the down-comer boiling phenomena during the LB-CL-11 test, it was found that the measured void fraction in the lower down-comer region was relatively smaller than that estimated from the RELAP5 code, which predicted an unrealistically higher void generation and magnified the downcomer boiling effect for APR1400. The direct ECC bypass was the dominant ECC bypass mechanism throughout the test even though sweep-out occurred during the earlier period. The ECC bypass fractions were between 0.2 and 0.6 during the later test period. The steam binding phenomena was observed, and its effect on the collapsed water levels of the core and down-comer was discussed.
Three small-break loss-of-coolant accident (SBLOCA) tests with safety injection pumps were carried out using the integral-effect test loop for SMART (System-integrated Modular Advanced ReacTor), i.e., the SMART-ITL facility. The types of break are a safety injection system line break, shutdown cooling system line break, and pressurizer safety valve line break. The thermal-hydraulic phenomena show a traditional behavior to decrease the temperature and pressure whereas the local phenomena are slightly different during the early stage of the transient after a break simulation. A safety injection using a high-pressure pump effectively cools down and recovers the inventory of a reactor coolant system. The global trends show reproducible results for an SBLOCA scenario with three different break locations. It was confirmed that the safety injection system is robustly safe enough to protect from a core uncovery.
Taesuk Oh;Yunseok Jeong;Husam Khalefih;Yonghee Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권6호
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pp.2230-2245
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2023
KANT (KAIST Advanced Nuclear Tachygraphy) is a PWR core simulator recently developed at Korea Advance Institute of Science and Technology, which solves three-dimensional steady-state and transient multigroup neutron diffusion equations under Cartesian geometries alongside the incorporation of thermal-hydraulics feedback effect for multi-physics calculation. It utilizes the standard Nodal Expansion Method (NEM) accelerated with various Coarse Mesh Finite Difference (CMFD) methods for neutronics calculation. For thermal-hydraulics (TH) calculation, a single-phase flow model and a one-dimensional cylindrical fuel rod heat conduction model are employed. The time-dependent neutronics and TH calculations are numerically solved through an implicit Euler scheme, where a detailed coupling strategy is presented in this paper alongside a description of nodal equivalence, macroscopic depletion, and pin power reconstruction. For validation of the steady, transient, and depletion calculation with pin power reconstruction capacity of KANT, solutions for various benchmark problems are presented. The IAEA 3-D PWR and 4-group KOEBERG problems were considered for the steady-state reactor benchmark problem. For transient calculations, LMW (Lagenbuch, Maurer and Werner) LWR and NEACRP 3-D PWR benchmarks were solved, where the latter problem includes thermal-hydraulics feedback. For macroscopic depletion with pin power reconstruction, a small PWR problem modified with KAIST benchmark model was solved. For validation of the multi-physics analysis capability of KANT concerning large-sized PWRs, the BEAVRS Cycle1 benchmark has been considered. It was found that KANT solutions are accurate and consistent compared to other published works.
Mukin, Roman;Clifford, Ivor;Zerkak, Omar;Ferroukhi, Hakim
Nuclear Engineering and Technology
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제50권3호
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pp.356-367
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2018
A series of tests dedicated to station blackout (SBO) accident scenarios have been recently performed at the $Prim{\ddot{a}}rkreislauf-Versuchsanlage$ (primary coolant loop test facility; PKL) facility in the framework of the OECD/NEA PKL-3 project. These investigations address current safety issues related to beyond design basis accident transients with significant core heat up. This work presents a detailed analysis using the best estimate thermal-hydraulic code TRACE (v5.0 Patch4) of different SBO scenarios conducted at the PKL facility; failures of high- and low-pressure safety injection systems together with steam generator (SG) feedwater supply are considered, thus calling for adequate accident management actions and timely implementation of alternative emergency cooling procedures to prevent core meltdown. The presented analysis evaluates the capability of the applied TRACE model of the PKL facility to correctly capture the sequences of events in the different SBO scenarios, namely the SBO tests H2.1, H2.2 run 1 and H2.2 run 2, including symmetric or asymmetric secondary side depressurization, primary side depressurization, accumulator (ACC) injection in the cold legs and secondary side feeding with mobile pump and/or primary side emergency core coolant injection from the fuel pool cooling pump. This study is focused specifically on the prediction of the core exit temperature, which drives the execution of the most relevant accident management actions. This work presents, in particular, the key improvements made to the TRACE model that helped to improve the code predictions, including the modeling of dynamical heat losses, the nodalization of SGs' heat exchanger tubes and the ACCs. Another relevant aspect of this work is to evaluate how well the model simulations of the three different scenarios qualitatively and quantitatively capture the trends and results exhibited by the actual experiments. For instance, how the number of SGs considered for secondary side depressurization affects the heat transfer from primary side; how the discharge capacity of the pressurizer relief valve affects the dynamics of the transient; how ACC initial pressure and nitrogen release affect the grace time between ACC injection and subsequent core heat up; and how well the alternative feeding modes of the secondary and/or primary side with mobile injection pumps affect core quenching and ensure stable long-term core cooling under controlled boiling conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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