The first-ever integral effect test for simulating a guillotine break of a DVI (Direct Vessel Injection) line of the APR1400 was carried out with the ATLAS (Advanced Thermal-hydraulic Test Loop for Accident Simulation) from the same prototypic pressure and temperature conditions as those of the APR1400. The major thermal hydraulic behaviors during a DVI line break accident were identified and investigated experimentally. A method for estimating the break flow based on a balance between the change in RCS inventory and the injection flow is proposed to overcome a direct break low measurement deficiency. A post-test calculation was performed with a best-estimate safety analysis code MARS 3.1 to examine its prediction capability and to identify any code deficiencies for the thermal hydraulic phenomena occurring during the DVI line break accidents. On the whole, the prediction of the MARS code shows a good agreement with the measured data. However, the code predicted a higher core level than did the data just before a loop seal clearing occurs, leading to no increase in the peak cladding temperature. The code also produced a more rapid decrease in the downcomer water level than was predicted by the data. These observable disagreements are thought to be caused by uncertainties in predicting countercurrent flow or condensation phenomena in a downcomer region. The present integral effect test data will be used to support the present conservative safety analysis methodology and to develop a new best-estimate safety analysis methodology for DVI line break accidents of the APR1400.
The paper deals with three main topics: a) the definition of System Thermal-Hydraulics (SYS TH), b) a historical outline for SYS TH and, c) the description of elements for reflection when planning research projects or improvement activities, this last topic being the main reason for the paper. Distinctions between basic thermal-hydraulics and computational Fluid-Dynamics (CFD) on the one side and SYS TH on the other side are considered under the first topic; stakeholders in the technology are identified. The proposal of Interim Acceptance Criteria for Emergency Core Cooling Systems in 1971 by US NRC (AEC at the time) is recognized as the starting date or the triggering event for SYS TH (second topic). The complex codes and the main experimental programs (list provided in the paper) constitute the pillars for SYS TH. Caution or warning statements are introduced in advance when discussing the third topic: a single person (or a researcher) has little to no possibility, or capability, of streamlining the forthcoming investments or to propose a roadmap for future activities. Nevertheless, the ambitious attempt to foresee developments in this area has been pursued without constraints connected with the availability of funds and with industrial benefits or interests. Demonstrating the acceptability of current SYS TH limitations and training in the application of those codes are mentioned as the main challenges for forthcoming research activities.
Ibrahim, Said M.A.;El-Morshedy, Salah El-Din;Abdelmaksoud, Abdelfatah
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.1
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pp.54-59
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2019
The main objective of nuclear reactor safety is to maintain the nuclear fuel in a thermally safe condition with enough safety margins during normal operation and anticipated operational occurrences. In this research, core flow bypass is studied under the conditions of the unavailability of safety systems. As core bypass occurs, the core flow rate is assumed to decrease exponentially with a time constant of 25 s to new steady state values of 20, 40, 60, and 80% of the nominal core flow rate. The thermal hydraulic code PARET is used through these calculations. Reactor thermal hydraulic stability is reported for all cases of core flow bypass.
Thermal hydraulic (TH) analysis of nuclear power reactors is utmost important. In this way, the numerical codes that preparing TH data in reactor core are essential. In this paper, a subchannel analysis of a Russian pressurized water reactor (WWER1000) core with enhanced numerical code is carried out. For this, in fluid domain, the mass, axial and lateral momentum and energy conservation equations for desired control volume are solved, numerically. In the solid domain, the cylindrical heat transfer equation for calculation of radial temperature profile in fuel, gap and clad with finite difference and finite element solvers are considered. The dependence of material properties to fuel burnup with Calza-Bini fuel-gap model is implemented. This model is coupled with Isotope Generation and Depletion Code (ORIGEN2.1). The possibility of central hole consideration in fuel pellet is another advantage of this work. In addition, subchannel to subchannel and subchannel to rod connection data in hexagonal fuel assembly geometry could be prepared, automatically. For a demonstration of code capability, the steady state TH analysis of a the WWER1000 core is compromised with Thermal-hydraulic analysis code (COBRA-EN). By thermal hydraulic parameters averaging Fuel Assembly-to-Fuel Assembly method, the one sixth (symmetry) of the Boushehr Nuclear Power Plant (BNPP) core with regular subchannels are modeled. Comparison between the results of the work and COBRA-EN demonstrates some advantages of the presented code. Using the code the thermal modeling of the fuel rods with considering the fission gas generation would be possible. In addition, this code is compatible with neutronic codes for coupling. This method is faster and more accurate for symmetrical simulation of the core with acceptable results.
In this work, a scalable algorithm for model calibration in nuclear engineering applications is presented and tested. The algorithm relies on the construction of surrogate models to replace the original model within the region of interest. These surrogate models can be constructed efficiently via reduced order modeling and subspace analysis. Once constructed, these surrogate models can be used to perform computationally expensive mathematical analyses. This work proposes a surrogate based model calibration algorithm. The proposed algorithm is used to calibrate various neutronics and thermal-hydraulics parameters. The virtual environment for reactor applications-core simulator (VERA-CS) is used to simulate a three-dimensional core depletion problem. The proposed algorithm is then used to construct a reduced order model (a surrogate) which is then used in a Bayesian approach to calibrate the neutronics and thermal-hydraulics parameters. The algorithm is tested and the benefits of data assimilation and calibration are highlighted in an uncertainty quantification study and requantification after the calibration process. Results showed that the proposed algorithm could help to reduce the uncertainty in key reactor attributes based on experimental and operational data.
As passive safety features for nuclear power plants receive increasing attention, various studies have been conducted to develop safety systems for 3rd-generation (GEN-III) nuclear power plants that are driven by passive systems. The Passive Auxiliary Feedwater System (PAFS) is one of several passive safety systems being designed for the Advanced Power Reactor Plus (APR+), and extensive studies are being conducted to complete its design and to verify its feasibility. Because the PAFS removes decay heat from the reactor core under transient and accident conditions, it is necessary to evaluate the heat removal capability of the PAFS under hypothetical accident conditions. The heat removal capability of the PAFS is strongly dependent on the heat transfer at the condensate tube in Passive Condensation Heat Exchanger (PCHX). To evaluate the model of heat transfer coefficient for condensation, the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS) code is used to simulate the experimental results from PAFS Condensing Heat Removal Assessment Loop (PASCAL). The Shah model, a default model for condensation heat transfer coefficient in the MARS code, under-predicts the experimental data from the PASCAL. To improve the calculation result, The Thome model and the new version of the Shah model are implemented and compared with the experimental data.
Safavi, Amir;Esteki, Mohammad Hossein;Mirvakili, Seyed Mohammad;Arani, Mehdi Khaki
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1603-1610
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2020
Due to ever-growing advancements in computers and relatively easy access to them, many efforts have been made to develop high-fidelity, high-performance, multi-physics tools, which play a crucial role in the design and operation of nuclear reactors. For this purpose in this study, the neutronic Monte Carlo and thermal-hydraulic sub-channel codes entitled MCNP and COBRA-EN, respectively, were applied for external coupling with each other. The coupled code was validated by code-to-code comparison with the internal couplings between MCNP5 and SUBCHANFLOW as well as MCNP6 and CTF. The simulation results of all code systems were in good agreement with each other. Then, as the second problem, the core of the VVER-1000 v446 reactor was simulated by the MCNP4C/COBRA-EN coupled code to measure the capability of the developed code to calculate the neutronic and thermohydraulic parameters of real and industrial cases. The simulation results of VVER-1000 core were compared with FSAR and another numerical solution of this benchmark. The obtained results showed that the ability of the MCNP4C/COBRA-EN code for estimating the neutronic and thermohydraulic parameters was very satisfactory.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05b
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pp.467-472
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1996
This study discusses special aspects of severe accident related recriticality modeling and analysis in the Advanced Neutron Source (ANS) reactor.$^{1, 2)}$ The analytical comparison of three elements core to former two elements case is conducted including evaluation of suitable nuclear cross-section sets to account for the effects of system configulation, fuel and moderator mixture temperature, material dispersion and the other thermal-hydraulics. Three elements core ANS reactor is the alternative core design which was proposed as a modified core design, with three fuel elements instead of two, that would allow operation with only 50% enriched uranium (former uranium fuel is the baseline design value of 93%) A comprehensive test matrix of calculations to evaluate the threat of a criticality event in the ANS is described. Strong dependencies still on geometry, material constituents, and thermal-hydraulic conditions are verified. Therefore, the concepts of mitigative design features are qualified.d.
Kim, Tae-Woon;Rhee, Bo-Wook;Song, Jin-Ho;Kim, Sung-Il;Ha, Kwang-Soon
Journal of Radiation Protection and Research
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v.42
no.2
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pp.114-129
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2017
Background: The purpose of this paper is to confirm the event timings and the magnitude of fission product aerosol release from the Fukushima accident. Over a few hundreds of technical papers have been published on the environmental impact of Fukushima Daiichi accident since the accident occurred on March 11, 2011. However, most of the research used reverse or inverse method based on the monitoring of activities in the remote places and only few papers attempted to estimate the release of fission products from individual reactor core or from individual spent fuel pool. Severe accident analysis code can be used to estimate the radioactive release from which reactor core and from which radionuclide the peaks in monitoring points can be generated. Materials and Methods: The basic material used for this study are the initial core inventory obtained from the report JAEA-Data/Code 2012-018 and the given accident scenarios provided by Japanese Government or Tokyo Electric Power Company (TEPCO) in official reports. In this research a forward method using severe accident progression code is used as it might be useful for justifying the results of reverse or inverse method or vice versa. Results and Discussion: The release timing and amounts to the environment are estimated for volatile radioactive fission products such as noble gases, cesium, iodine, and tellurium up to 184 hours (about 7.7 days) after earthquake occurs. The in-plant fission product behaviors and release characteristics to environment are estimated using the severe accident progression analysis code, MELCOR, for Fukushima Daiichi accident. These results are compared with other research results which are summarized in UNSCEAR 2013 Report and other technical papers. Also it may provide the physically based arguments for justifying or suspecting the rationale for the scenarios provided in open literature. Conclusion: The estimated results by MELCOR code simulation of this study indicate that the release amount of volatile fission products to environment from Units 1, 2, and 3 cores is well within the range estimated by the reverse or inverse method, which are summarized in UNSCEAR 2013 report. But this does not necessarily mean that these two approaches are consistent.
Park, Ik-Kyu;Kim, Jong-Hwan;Min, Beong-Tae;Hong, Seong-Wan
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.12
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pp.1051-1060
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2010
The effect of materials on fuel coolant interactions (FCIs) was analyzed on the basis of a solidified particle size response for TROI experiments.$^{(1)}$ The solidified particle size response can provide an understanding of the relationship among the initial condition, the mixing, and an explosion. Through a comparison of the size distributions of the solidified particles in the case of explosive and non-explosive FCIs, it is revealed that an explosive FCI results in the production of a large amount of fine particles and a small amount of large particles. The material effect of the size of solidified particles was analyzed using non-explosive FCIs without losing the information on the mixing. This analysis indicates that an explosive melt includes large particles that participate in the steam explosion, whereas a nonexplosive melt includes smaller particles and finer particles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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