In this paper, three power ramp tests performed on high burn-up Re-crystallized Zircaloy2 - UO2 BWR fuel rods (56 to 63 MWd/kgU) within the SCIP project are simulated with METEOR and ALCYONE 3D. Two of the ramp tests are of staircase type up to Linear Heat Rates of 420 and 520 W/cm and with long holding periods. Failure of the 420 W/cm fuel rod was observed after 40 minutes. The third ramp test consisted of a more standard ramp test with a constant power rate of 80 W/cm/min up to 410 W/cm with a short holding time. The tests were first simulated with the METEOR 1D fuel rod code, which gave accurate results in terms of profilometry and fission gas releases. The behaviour of a fuel pellet fragment and of the cladding piece on top of it was then investigated with ALCYONE 3D. The size and the main characteristics of the ridges after base irradiation and power ramp testing were recovered. Finally, the failure criteria validated for PWR conditions and fuel rods with low-to-medium burn-ups were used to analyze the failure probability of the KKL rodlets during ramp testing.
UK National Nuclear Laboratory's (NNL's) version of the ENIGMA fuel performance code is described, including details of the development history, the system modelled, the key assumptions, the thermo-mechanical solution scheme, and the various incorporated models. The recent development of ENIGMA in the areas of whole core analysis and dry storage applications is then discussed. With respect to the former, the NEXUS code has been developed by NNL to automate whole core fuel performance modelling for an LWR core, using ENIGMA as the underlying fuel performance engine. NEXUS runs on NNL's GEMSTONE high performance computing cluster and utilises 3-D core power distribution data obtained from the output of Studsvik Scandpower's SIMULATE code. With respect to the latter, ENIGMA has been developed such that it can model the thermo-mechanical behaviour of a given LWR fuel rod during irradiation, pond cooling, drying, and dry storage - this involved: (a) incorporating an out-of-pile clad creep model for irradiated Zircaloy-4; (b) including the ability to simulate annealing out of the clad irradiation damage; (c) writing of additional post-irradiation output; (d) several other minor modifications to allow modelling of post-irradiation conditions.
Schneider, L.C.R.;Martin, C.L.;Bultel, Y.;Kapelski, G.;Bouvard, D.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.916-917
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2006
Solid Oxide Fuel Cell technology uses powder processes to produce electrodes with residual porosity by partially sintering a mixture of electronically and ionically conducting particles. We model porous fuel cell electrodes with 3D packings of monosized spherical particles. These packings are created by numerical sintering. Each particle-particle contact is characteristic for an ionic, electronic or electrochemical resistance. The numerical packing is then discretized into a resistor network which is solved by using Kirchhoff's current law to evaluate the electrode's electrochemical performance. We investigate in particular percolation effects in functionally graded electrodes as compared to other types of electrodes.
Van Uffelen, P.;Pastore, G.;Di Marcello, V.;Luzzi, L.
Nuclear Engineering and Technology
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v.43
no.6
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pp.477-488
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2011
A formulation is proposed for modelling the process of intra-granular diffusion of fission gas during irradiation of $UO_2$ under both normal operating conditions and power transients. The concept represents a simple extension of the formulation of Speight, including an estimation of the contribution of bubble motion to fission gas diffusion. The resulting equation is formally identical to the diffusion equation adopted in most models that are based on the formulation of Speight, therefore retaining the advantages in terms of simplicity of the mathematical-numerical treatment and allowing application in integral fuel performance codes. The development of the new model proposed here relies on results obtained by means of molecular dynamics simulations as well as finite element computations. The formulation is proposed for incorporation in the TRANSURANUS fuel performance code.
Robertas Poskas;Kestutis Rackaitis;Povilas Poskas;Hussam Jouhara
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2604-2612
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2023
Spent nuclear fuel and long-lived radioactive waste must be carefully handled before disposing them off to a geological repository. After the pre-storage period in water pools, spent nuclear fuel is stored in casks, which are widely used for interim storage. Interim storage in casks is very important part in the whole cycle of nuclear energy generation. This paper presents the results of the numerical study that was performed to evaluate the thermal behavior of a metal-concrete CONSTOR RBMK-1500 cask loaded with spent nuclear fuel and placed in an open type interim storage facility which is under fire conditions (steady-state, fire, post-fire). The modelling was performed using the ANSYS Fluent code. Also, a local sensitivity analysis of thermal parameters on temperature variation was performed. The analysis demonstrated that the maximum increase in the fuel load temperatures is about 10 ℃ and 8 ℃ for 30 min 800 ℃ and 60 min 600 ℃ fires respectively. Therefore, during the fire and the post-fire periods, the fuel load temperatures did not exceed the 300 ℃ limiting temperature set for an RBMK SNF cladding for long-term storage. This ensures that fire accident does not cause overheating of fuel rods in a cask.
In the framework of OECD/NEA Working Group on Fuel Safety, a RIA fuel-rod-code Benchmark Phase I was organized in 2010-2013. It consisted of four experiments on highly irradiated fuel rodlets tested under different experimental conditions. This benchmark revealed the need to better understand the basic models incorporated in each code for realistic simulation of the complicated integral RIA tests with high burnup fuel rods. A second phase of the benchmark (Phase II) was thus launched early in 2014, which has been organized in two complementary activities: (1) comparison of the results of different simulations on simplified cases in order to provide additional bases for understanding the differences in modelling of the concerned phenomena; (2) assessment of the uncertainty of the results. The present paper provides a summary and conclusions of the second activity of the Benchmark Phase II, which is based on the input uncertainty propagation methodology. The main conclusion is that uncertainties cannot fully explain the difference between the code predictions. Finally, based on the RIA benchmark Phase-I and Phase-II conclusions, some recommendations are made.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.2
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pp.1-6
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2019
The objective of this study was to investigate performance characteristics of thermal management system(TMS) in a fuel cell electric vehicle with 100kW Fuel Cell(FC) system. In order to build up analytic modelling for TMS, each component was installed and tested under various operating conditions, such as water pump, radiator, 3-Way valve, COD heater, and FC stack etc. and as the results of them, correlations reflecting component's characteristics with flow rate, air velocity were developed. Developed analytic modelling was carried out under various operating conditions on the road. To verify modelling's accuracy, after prediction for optimum coolant flow rate was fulfilled under certain operating conditions, such as FC system, water pump speed, opening of 3-way valve, and pipe resistance, analytic and experimental values were compared and good agreement was shown. In order to predict cold-start operating performance for analytic modelling, coolant temperature variation was analyzed with $-20^{\circ}C$ ambient temperature and duration was predicted to rise in optimum temperature for FC. Because there is appropriate temperature difference between inlet and outlet of FC stack to operate FC system properly, related analysis was performed with respect to power consumption for TMS and heat rejection rate and performance map was depicted along with FC operating conditions.
Vincent Dupont;Victor Blanc;Thierry Beck;Marc Lainet;Pierre Sciora
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.973-979
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2024
In the framework of the Generation IV research and development project, in which the French Commission of Alternative and Atomic Energies (CEA) is involved, a main objective for the design of Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) is to meet the safety goals for severe accidents. Among the severe ones, the Unprotected Transient OverPower (UTOP) accidents can lead very quickly to a global melting of the core. UTOP accidents can be considered either as slow during a Control Rod Withdrawal (CRW) or as fast. The paper focuses on fast UTOP accidents, which occur in a few milliseconds, and three different scenarios are considered: rupture of the core support plate, uncontrolled passage of a gas bubble inside the core and core mechanical distortion such as a core flowering/compaction during an earthquake. Several levels and rates of reactivity insertions are also considered and the thermal-mechanical behavior of an ASTRID fuel pin from the ASTRID CFV core is simulated with the GERMINAL code. Two types of fuel pins are simulated, inner and outer core pins, and three different burn-up are considered. Moreover, the feedback from the CABRI programs on these type of transients is used in order to evaluate the failure mechanism in terms of kinetics of energy injection and fuel melting. The CABRI experiments complete the analysis made with GERMINAL calculations and have shown that three dominant mechanisms can be considered as responsible for pin failure or onset of pin degradation during ULOF/UTOP accident: molten cavity pressure loading, fuel-cladding mechanical interaction (FCMI) and fuel break-up. The study is one of the first step in fast UTOP accidents modelling with GERMINAL and it has shown that the code can already succeed in modelling these type of scenarios up to the sodium boiling point. The modeling of the radial propagation of the melting front, validated by comparison with CABRI tests, is already very efficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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