Accident diagnosis is one of the complex tasks for nuclear power plant (NPP) operators. In abnormal or emergency situations, the diagnostic activity of the NPP states is burdensome though necessary. Numerous computer-based methods and operator support systems have been suggested to address this problem. Among them, the recurrent neural network (RNN) has performed well at analyzing time series data. This study proposes an algorithm for accident diagnosis using long short-term memory (LSTM), which is a kind of RNN, which improves the limitation for time reflection. The algorithm consists of preprocessing, the LSTM network, and postprocessing. In the LSTM-based algorithm, preprocessed input variables are calculated to output the accident diagnosis results. The outputs are also postprocessed using softmax to determine the ranking of accident diagnosis results with probabilities. This algorithm was trained using a compact nuclear simulator for several accidents: a loss of coolant accident, a steam generator tube rupture, and a main steam line break. The trained algorithm was also tested to demonstrate the feasibility of diagnosing NPP accidents.
본연구에서는 핵연료집합체의 검증계획의 일환으로 2차측 배관파단의 영향을 조사하였다. 원자로노심의 상세모델을 이용한 동적해석으로 배관파단에 의한 응답을 구하였다. 파단적 누설개념의 적용으로 10인치 이상의 고에너지 배관에 대하여 양단 파단이 설계에서 배제됨에 따라 본 연구에서는 주증기관과 급수관의 파단을 가정 하였다. 핵연료 집합체의 전단력, 굽힘모우멘트, 변위 및 지지격자체의 충격하중에 대하여 자세히 고찰하였고 이들 동적해석 결과를 이용하여 핵연료집합체의 구조적 건전성을 평가하였으며 사고조건에서 2차측 배관파단이 핵연료집합체의 구조적 건전성 에 미치는 영향을 검토하였다.
It is reported that the toughness and safety margins of the SA106 Gr.C main steam line piping steel is reduced due to dynamic strain aging (DSA) at the reactor operating temperature for Leak-Before-Break (LBB) application. In this study, intercritical annealing in two-phase ($\alpha$+${\gamma}$)region was performed to investigate the possibility of improving the toughness and reducing DSA susceptibility. The manifestations of DSA were still observed in the tensile tests of the annealed specimens. However, the ductility loss caused by DSA was smaller than that in the as-received material. Furthermore, the intercritical annealing was able to increase the Charpy impact toughness by 1.5 times compared to as-received. With the heat treatment, we could obtain microstructural changes such as the cleaner retained ferrite, increased ferrite content and somewhat finer grain size. It is considered that the reduced DSA was induced by cleaner retained ferrite, which in turn resulted in higher impact toughness in addition to the general toughening due to finer grain sizes and increased ferrite content.
When a cold HPSI (High pressure Safety Injection) fluid associated with an overcooling transient, such as SGTR (Steam Generator Tube Rupture), MSLB (Main Steam Line Break) etc., enters the cold legs of a stagnated primary coolant loop, thermal stratification phenomena will arise due to incomplete mixing. If the stratified flow enters the downcomer of the reactor pressure vessel, severe thermal stresses are created in a radiation embrittled vessel wall by local overcooling. As general thermal-hydraulic system analysis codes cannot properly predict the thermal stratification phenomena, RG 1.154 requires that a detailed thermal-mixing analysis of PTS (pressurized Thermal Shock) evaluation be performed. Also. previous PTS studies have assumed that the thermal stratification phenomena generated in the stagnated loop side of a partially stagnated primary coolant loop are neutralized in the vessel downcomer by the strong flow from the unstagnated loop. On the basis of these reasons, this paper focuses on the development of a 3-dimensional thermal-mixing analysis model using PHOENICS code which can be applied to both partial and total loop stagnated cases. In addition, this paper verifies the fact that, for partial loop stagnated cases, the cold plume generated in the vessel downcomer due to the thermal stratification phenomena of the stagnated loop is almost neutralized by the strong flow of the unstagnated loop but is not fully eliminated.
JEONG J.-J.;BAE S. W.;HWANG D. H.;LEE W. J.;CHUNG B. D.
Nuclear Engineering and Technology
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제37권5호
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pp.469-478
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2005
The subchannel analysis capability of MARS, a multi-dimensional thermal-hydraulic system code, has been enhanced. In particular, the turbulent mixing and void drift models for the flow-mixing phenomena in rod bundles were improved. Then, the subchannel analysis feature was combined with the existing coupled system thermal-hydraulics (T/H) and 3D reactor kinetics calculation capability of MARS. These features allow for more realistic simulations of both the hot channel behavior and the global system T/H behavior. Using the coupled features of MARS, a coupled analysis of a main steam line break (MSLB) is carried out for demonstration purposes. The results of the calculations are very reasonable and promising.
Song Jin Ho;Cheung Bub Dong;Jeong Jae Jun;Lee Sung Jae;Kwon Tae Soon;Song Chul Hwa;Baek Won Pil;Lee Sang Yong;Choi Cheol Jin;Lee Cheol Sin;Lee Sang Jong;Um Kil Sup;Kim Han Gon
Leak-before-break(LBB) approach has been shown to be both cost effective and risk reductive when applied to high energy Piping in nuclear Power Plants. For the Korean Next Generation Reactor (KNGR) development, LBB application is considered for the Main Steam Line(MSL) piping inside containment. Unlike the primary system leakages, the MSL leak detection systems must be based on principles other than radioactivity measurements. Among humidity, heat and acoustic noise currently being considered as indicators of leakage, we explored humidity as an effective one and developed ceramic-based humidity sensor which can be qualified for LBB applications. The ceramic material, sintered and annealed MgCr$_2$O$_4$-TiO$_2$, is shown to increase its electrical conductivity drastically upon water vapor adsorption over the entire temperature range of interest. With this ceramic sensor specimen, we suggested installation-inside-the-piping method by which we can detect leakage more rapidly and sensitively. In this paper, we describe the progress in the development and characterization of ceramic humidity sensor for the LBB application to the MSL of KNGR.
Turbulent mixing in buoyant flows is an essential mechanism involved in many scenarios related to nuclear safety in nuclear power plants. Comprehensive understanding and accurate predictions of turbulent buoyant flows in the reactor are of crucial importance, due to the function of mitigating the potential detrimental consequences during postulated accidents. The present study uses URANS methodology to investigate the buoyancy-influenced flows in the reactor pressure vessel under the main steam line break accident scenarios. With a particular focus on the influence of turbulent heat flux closure models, various combinations of two turbulence models and three turbulent heat flux models are utilized for the numerical simulations of three ROCOM tests which have different characteristic features in terms of the flow rate and fluid density difference between loops. The simulation results are compared with experimental measurements of the so-called mixing scalar in the downcomer and at the core inlet. The study shows that the anisotropic turbulent heat flux models are able to improve the accuracy of the predictions under conditions of strong buoyancy whilst in the weak buoyancy case, a major role is played by the selected turbulence models with essentially a negligible influence of the turbulent heat flux closure models.
Nuclear emergency preparedness and response is an essential part to ensure the safety of nuclear power plant (NPP). Key support technologies of nuclear emergency decision-making usually consist of accident diagnosis, source term estimation, accident consequence assessment, and protective action recommendation. Source term estimation is almost the most difficult part among them. For example, bad communication, incomplete information, as well as complicated accident scenario make it hard to determine the reactor status and estimate the source term timely in the Fukushima accident. Subsequently, it leads to the hard decision on how to take appropriate emergency response actions. Hence, this paper aims to develop a method for rapid source term estimation to support nuclear emergency decision making in pressurized water reactor NPP. The method aims to make our knowledge on NPP provide better support nuclear emergency. Firstly, this paper studies how to build a Bayesian network model for the NPP based on professional knowledge and engineering knowledge. This paper presents a method transforming the PRA model (event trees and fault trees) into a corresponding Bayesian network model. To solve the problem that some physical phenomena which are modeled as pivotal events in level 2 PRA, cannot find sensors associated directly with their occurrence, a weighted assignment approach based on expert assessment is proposed in this paper. Secondly, the monitoring data of NPP are provided to the Bayesian network model, the real-time status of pivotal events and initiating events can be determined based on the junction tree algorithm. Thirdly, since PRA knowledge can link the accident sequences to the possible release categories, the proposed method is capable to find the most likely release category for the candidate accidents scenarios, namely the source term. The probabilities of possible accident sequences and the source term are calculated. Finally, the prototype software is checked against several sets of accident scenario data which are generated by the simulator of AP1000-NPP, including large loss of coolant accident, loss of main feedwater, main steam line break, and steam generator tube rupture. The results show that the proposed method for rapid source term estimation under nuclear emergency decision making is promising.
Farkas, Istvan;Hutli, Ezddin;Farkas, Tatiana;Takacs, Antal;Guba, Attila;Toth, Ivan
Nuclear Engineering and Technology
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제48권4호
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pp.941-951
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2016
The aim of this work is to simulate the thermohydraulic consequences of a main steam line break and to compare the obtained results with Rossendorf Coolant Mixing Model (ROCOM) 1.1 experimental results. The objective is to utilize data from steady-state mixing experiments and computational fluid dynamics (CFD) calculations to determine the flow distribution and the effect of thermal mixing phenomena in the primary loops for the improvement of normal operation conditions and structural integrity assessment of pressurized water reactors. The numerical model of ROCOM was developed using the FLUENT code. The positions of the inlet and outlet boundary conditions and the distribution of detailed velocity/turbulence parameters were determined by preliminary calculations. The temperature fields of transient calculation were averaged in time and compared with time-averaged experimental data. The perforated barrel under the core inlet homogenizes the flow, and therefore, a uniform temperature distribution is formed in the pressure vessel bottom. The calculated and measured values of lowest temperature were equal. The inlet temperature is an essential parameter for safety assessment. The calculation predicts precisely the experimental results at the core inlet central region. CFD results showed a good agreement (both qualitatively and quantitatively) with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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