The natural convection model of the consolidated system has been developed to make sure the removal of decay heat generated in the spent fuel for the loss of forced cooling accident. The numerical technique employed was based on the ADI scheme. The calculation of heat generation rate in the spent fuel was peformed by the ANS-79 decay heat model, and the nonuniform surface heat flux is assumed with a chopped sine curve for the conservative decay heat generation input. The sensitivity study was performed to examine the possibility of the pool bulk boiling by varying the various parameters, i.e. inter-fuel spacing ratio, heat generation power, and radius of the fuel rod. The application results of this model show that the natural circulation flow through compacted spent fuel bundles enables the pool temperature to control in a safe and effective manner, after the required cooling time. The corresponding acceptance criteria of the cooling time for rearranging the spent fuel rods were also found.
This study investigated natural convection flow behavior in airflow path designed in concrete dry storage cask to remove the decay heat from spent nuclear fuels. Using FLUENT 16.1 code, thermal analysis for natural convection was carried out for three dimensional, 1/4 symmetry model under the normal condition that inlet ducts are 100% open. The maximum temperatures on other components except the fuel regions were satisfied with allowable values suggested in nuclear regulation-1536. From velocity and temperature distributions along the flow direction, the flow behavior in horizontal duct of air inlet and outlet duct, annular flow-path and bent pipe was delineated in detail. Theses results will be used as the theoretical background for the composing of airflow path for the designing of passive heat removal system by understanding the flow phenomena in airflow path.
Pressing demands of economic competitiveness, the need for large-scale deployment, minimizing the need of human intervention, and experience from the past events and incidents at operating reactors have guided the evolution and innovations in reactor technologies. Indian innovative reactor 'AHWR' is a pressure-tube type natural circulation based boiling water reactor that is designed to meet such requirements, which essentially reflect the needs of next generation reactors. The reactor employs various passive features to prevent and mitigate accidental conditions, like a slightly negative void reactivity coefficient, passive poison injection to scram the reactor in event of failure of the wired shutdown systems, a large elevated pool of water as a heat sink inside the containment, passive decay heat removal based on natural circulation and passive valves, passive ECC injection, etc. It is designed to meet the fundamental safety requirements of safe shutdown, safe decay heat removal and confinement of activity with no impact in public domain, and hence, no need for emergency planning under all conceivable scenarios. This paper examines the role of the various passive safety systems in prevention and mitigation of severe plant conditions that may arise in event of multiple failures. For the purpose of demonstration of the effectiveness of its passive features, postulated scenarios on the lines of three major severe accidents in the history of nuclear power reactors are considered, namely; the Three Mile Island (TMI), Chernobyl and Fukushima accidents. Severe plant conditions along the lines of these scenarios are postulated to the extent conceivable in the reactor under consideration and analyzed using best estimate system thermal-hydraulics code RELAP5/Mod3.2. It is found that the various passive systems incorporated enable the reactor to tolerate the postulated accident conditions without causing severe plant conditions and core degradation.
Jet impinging device is designed for decay heat removal on horizontal fuel rods in a low temperature heating reactor. An experimental system with a fuel rod simulator is established and experiments are performed to evaluate water film covering capacity, within 0.0287-0.0444 kg/ms mass flow rate, 0-164.1 kW/m2 heating flux and 13.8-91.4℃ feeding water temperature. An effective method to obtain the film coverage rate by infrared equipment is proposed. Water film flowing patterns are recoded and the film coverage rates at different circumference angles are measured. It is found the film coverage rate decreases with heating flux during single-phase convection, while increases after onset of nucleate boiling. Besides, film coverage rate is found affected by Marangoni effect and film accelerating effect, and surface wetting is significantly facilitated by bubble behavior. Based on the observed phenomenon and physical mechanism, dry-out depth and initial dry-out rate are proposed to evaluate film covering potential on a heating surface. A model to predict film coverage rate is proposed based on the data. The findings would have reliable guide and important implications for further evaluation and design of decay heat removal system of new reactors, and could be helpful for passive containment cooling research.
The passive containment cooling system (PCCS) has been designed to remove the released decay heat during the accident by means of the condensation heat transfer phenomenon to guarantee the safety of the nuclear power plant. The heat removal performance of the PCCS is mainly governed by the condensation heat transfer of the steam-air mixture. In this study, the heat removal performance of the PCCS was evaluated by using the MARS-KS code with a new empirical correlation for steam condensation in the presence of a noncondensable gas. A new empirical correlation implemented into the MARS-KS code was developed as a function of parameters that affect the condensation heat transfer coefficient, such as the pressure, the wall subcooling, the noncondensable gas mass fraction and the aspect ratio of the condenser tube. The empirical correlation was applied to the MARS-KS code to replace the default Colburn-Hougen model. The various thermal-hydraulic parameters during the operation of the PCCS follonwing a large-break loss-of-coolant-accident were analyzed. The transient pressure behavior inside the containment from the MARS-KS with the empirical correlation was compared with calculated with the Colburn-Hougen model.
The objective of this work is to obtain the experimental data for the heat transfer processes occurring both on the inside and outside surfaces of containment steel wall with dry and wet outer surface conditions in the passive containment cooling system. The test model represented a 60$^{\circ}$ section of a containment vessel based on the AP 600 geometry. Major linear dimensions of the test model ore reduced tv a factor of ten. To simulate the decay heat a steam generator heated by electricity was placed in the test model. The maximum heat flux was 8.91 kW/$m^2$. Two types of tests were performed. The one was the tort on the natural convection of air without water film flow. The other was the evaporative heat transfer test with the falling water film flow and natural air draft. no test result shooed that the heat transfer capability by the natural convection from the containment to the air without oater film flow was limited at about 1.48 kW/$m^2$ heat flux. It was found that the heat removal capability was remarkably enhanced in the tests with the waster film flow and air draft. The obtained heat transfer data ore compared with the existing correlations.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.10a
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pp.403-410
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1995
A loss of the residual heat removal (RHR) accident during mid-loop operation of Yong-gwang Nuclear Units 3/4 was analyzed using the RELAP5/MOD3.1.2 code. In this work the following assumptions are used; (i) initially the reactor coolant system (RCS) above the hot leg center line is filled with nitrogen gas, (ii) two 3/4-inch diameter vent valves on the reactor vessel head and the top of pressurizer in the reactor coolant system are always open, and a level indicator is connected to the RMR suction line, (iii) the two steam generators are in wet layup status and the steam generator atmospheric dump valve assemblies are removed so that the secondary side pressure remains at nearly atmospheric condition throughout the accident, and (iv) the loss of RHR is presumed to occur at 48 hours after reactor shutdown. Findings from the RELAP5 calculations are (i) the core boiling begins at ∼5 min, (ii) the peak RCS pressure is ∼3.0 bar, which implies a possibility of temporary seal break, (iii) ∼94 % of the decay heat is removed by reflux condensation in the steam generator U-tubes in spite of the presence of noncondensable gas, (iv) the core uncovery time is evaluated to be 7.2 hours. Significant mass errors were observed in the calculations.
There is an increasing interest in passive safety systems to minimize the need for operator intervention or external power sources in nuclear power plants. Because a passive system has a weak driving force, there is greater uncertainty in the performance compared with an active system. In previous studies, several methods have been suggested to evaluate passive system reliability, and many of them estimated the failure probability using thermal-hydraulic analyses and the Monte Carlo method. However, if the functional failure of a passive system is rare, it is difficult to estimate the failure probability using conventional methods owing to their high computational time. In this paper, a procedure for the application of the Chernoff bound to the evaluation of passive system reliability is proposed. A feasibility study of the procedure was conducted on a passive decay heat removal system of a micro modular reactor in its conceptual design phase, and it was demonstrated that the passive system reliability can be evaluated without performing a large number of thermal-hydraulic analyses or Monte Carlo simulations when the system has a small failure probability. Accordingly, the advantages and constraints of applying the Chernoff bound for passive system reliability evaluation are discussed in this paper.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.11a
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pp.389-394
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1996
The conceptual design of Korea Next Generation Reactor (KNGR), which is 3914 MWt PWR, includes the safety depressurization system (SDS) to comply with U.S. NRC's severe accident policy. In this analysis, it is assumed that three Monobloc Sebim valves are adopted for the SDS bleed valves of KNGR. The characteristic of Monobloc Sebim are modeled in the CE-FLASH-4AS/REM code for this analysis. The various feed and bleed (F&B) procedures with Sebim valves are investigated for total loss of feedwater (TLOFW) event. It is found that if operators open two out of three Sebim valves in conjunction with four HPSI pumps before hot leg temperature reaches saturation condition, the decay heat removal and core inventory make-up function can be successfully accomplished. Therefore, this F&B procedure can be used for mitigating the TLOFW event of the KNGR. This result also demonstrates the feasibility of adopting the Monobloc Sebim valves for the SDS of KNGR.
Petroski, Robert;Bates, Ethan;Dionne, Benoit;Johnson, Brian;Mieloszyk, Alex;Xu, Cheng;Hejzlar, Pavel
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.877-887
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2022
A new reactor concept is described that directly couples a supercritical CO2 (sCO2) power cycle with a CO2-cooled, heavy water moderated pressure tube core. This configuration attains the simplification and economic potential of past direct-cycle sCO2 concepts, while also providing safety and power density benefits by using the moderator as a heat sink for decay heat removal. A 200 MWe design is described that heavily leverages existing commercial nuclear technologies, including reactor and moderator systems from Canadian CANDU reactors and fuels and materials from UK Advanced Gas-cooled Reactors (AGRs). Descriptions are provided of the power cycle, nuclear island systems, reactor core, and safety systems, and the results of safety analyses are shown illustrating the ability of the design to withstand large-break loss of coolant accidents. The resulting design attains high efficiency while employing considerably fewer systems than current light water reactors and advanced reactor technologies, illustrating its economic promise. Prospects for the design are discussed, including the ability to demonstrate its technologies in a small (~20 MWe) initial system, and avenues for further improvement of the design using advanced technologies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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