In nuclear engineering, the occurrence of critical heat flux (CHF) is complicated for rod bundle, and it is much more difficult to predict the CHF when it is in natural circulation under motion condition. In this paper, the dryout-type CHF is investigated for the rod bundle in a natural circulation loop under rolling motion condition based on the coupled analysis of subchannel method, a one-dimensional system analysis method and a CHF mechanism model, namely the three-fluid model for annular flow. In order to consider the rolling effect of the natural circulation loop, the subchannel model is connected to the one-dimensional system code at the inlet and outlet of the rod bundle. The subchannel analysis provides the local thermal hydraulic parameters as input for the CHF mechanism model to calculate the occurrence of CHF. The rolling motion is modeled by additional motion forces in the momentum equation. First, the calculation methods of the natural circulation and CHF are validated by a published natural circulation experiment data and a CHF empirical correlation, respectively. Then, the CHF of the rod bundle in a natural circulation loop under both the stationary and rolling motion condition is predicted and analyzed. According to the calculation results, CHF under stationary condition is smaller than that under rolling motion condition. Besides, the CHF decreases with the increase of the rolling period and angular acceleration amplitude within the range of inlet subcooling and mass flux adopted in the current research. This paper can provide useful information for the prediction of CHF in natural circulation under motion condition, which is important for the nuclear reactor design improvement and safety analysis.
The thermal margin of CANDU-6 reactor is estimated by the CCP, which is dependent on fuel channel hydraulics and the CHF of fuel bundle. This paper intents to describe the characteristics of CCP behavior for the CANDU-6 channel in which CANFLEX-NU fuel bundles are assumed to be loaded. Also, it includes the thermal margin evaluation of the CANDU-6 channel loaded with a mixed CANFLEX-NU and 37-element fuel bundles as a simulation of the partial loading of CANFLEX-NU fuel bundle in the CANDU-6 reactor. For the mixed fuel channels, the effects of axial flux distribution(AFD) on CCP were investigated by using the AFD tilted in the downstream. The CCP of CANFLEX-NU fuel bundle was found to be improved by the CHF enhancement, despite of the slight flow decrease, in case of both full and partial loading, compared with those of a standard 37-element fuel bundle.
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.
As a key and core knowledge for the design of various types of nuclear reactors, the discipline of reactor physics has been advanced continually in the past six decades and has led to a very sophisticated fabric of analysis methods and computer codes in use today. Notwithstanding, the discipline faces interesting challenges from next-generation nuclear reactors and innovative new fuel designs in the coming. After presenting a brief overview of important tasks and steps involved in the nuclear design and analysis of a reactor, this article focuses on the currently-used design and analysis methods, issues and limitations, and current activities to resolve them as follows: (1) Derivation of the multi group transport equations and the multi group diffusion equations, with representative solution methods thereof. (2) Elements of modem (now almost three decades old) diffusion nodal methods. (3) Limitations of nodal methods such as transverse integration, flux reconstruction, and analysis of UO2-MOX mixed cores. Homogenization and related issues. (4) Description of the analytic function expansion nodal (AFEN) method. (5) Ongoing efforts for three-dimensional whole-core heterogeneous transport calculations and acceleration methods. (6) Elements of spatial kinetics calculation methods and coupled neutronics and thermal-hydraulics transient analysis. (7) Identification of future research and development areas in advanced reactors and Generation-IV reactors, in particular, in very high temperature gas reactor (VHTR) cores.
This paper presents the design features and preliminary design analysis results of the Wielenga Innovation Static Salt Reactor (WISSR). The WISSR incorporates features that make it both flexible and inherently safe. It is based on innovative technology that controls a nuclear reactor by moving molten salt fuel into or out of the core. The reactor is a low-pressure, fast spectrum transuranic (TRU) burner reactor. Inherent shutdown is achieved by a large negative reactivity feedback of the liquid fuel and by the expansion of fuel out of the core. The core is made of concentric, thin annular fuel chambers containing molten fuel salt. A molten salt coolant passes between the concentric fuel chambers to cool the core. The core has both fixed and variable volume fuel chambers. Pressure, applied by helium gas to fuel reservoirs below the core, pushes fuel out of a reservoir and up into a set of variable volume chambers. A control system monitors the density and temperature of the fuel throughout the core. Using NaCl-(TRU,U)Cl3 fuel and NaCl-KCl-MgCl2 coolant, a road-transportable compact WISSR core design was developed at a power level of 1250 MWt. Preliminary neutronics and thermal-hydraulics analyses demonstrate the technical feasibility of WISSR.
Hao Qian;Guangliang Chen;Lei Li;Lixuan Zhang;Xinli Yin;Hanqi Zhang;Shaomin Su
Nuclear Engineering and Technology
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제56권5호
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pp.1687-1697
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2024
This study presents the Supporting platform for reactor fine flow characteristics calculation and analysis (Cilian platform), a user-friendly tool that supports the analysis and optimization of pressurized water reactor (PWR) cores with mixing vanes using computational fluid dynamics (CFD) computing. The Cilian platform allows for easy creation and optimization of PWR's main CFD calculation schemes and autonomously manages CFD calculation and analysis of PWR cores, reducing the need for human and computational resources. The platform's key features enable efficient simulation, rapid solution design, automatic calculation of core scheme options, and streamlined data extraction and processing techniques. The Cilian platform's capability to call external CFD software reduces the development time and cost while improving the accuracy and reliability of the results. In conclusion, the Cilian platform exemplifies an innovative solution for efficient computational fluid dynamics analysis of pressurized water reactor (PWR) cores. It holds great promise for driving advancements in nuclear power technology, enhancing the safety, efficiency, and cost-effectiveness of nuclear reactors. The platform adopts a modular design methodology, enabling the swift and accurate computation and analysis of diverse flow regions within core components. This design approach facilitates the seamless integration of multiple computational modules across various reactor types, providing a high degree of flexibility and reusability.
A two-phase (gas and liquid) flow analysis solver, named CUPID, has been developed for a realistic simulation of transient two-phase flows in light water nuclear reactor components. In the CUPID solver, a two-fluid three-field model is adopted and the governing equations are solved on unstructured grids for flow analyses in complicated geometries. For the numerical solution scheme, the semi-implicit method of the RELAP5 code, which has been proved to be very stable and accurate for most practical applications of nuclear thermal hydraulics, was used with some modifications for an application to unstructured non-staggered grids. This paper is concerned with the effects of interpolation schemes on the simulation of two-phase flows. In order to stabilize a numerical solution and assure a high numerical accuracy, the second-order upwind scheme is implemented into the CUPID code in the present paper. Some numerical tests have been performed with the implemented scheme and the comparison results between the second-order and first-order upwind schemes are introduced in the present paper. The comparison results among the two interpolation schemes and either the exact solutions or the mesh convergence studies showed the reduced numerical diffusion with the second-order scheme.
Reactor Noise is defined as the fluctuations of measured instrumentation signals during full-power operation of reactor which have informations on reactor system dynamics such as neutron kinetics, thermal-hydraulics, and structural dynamics. Reactor noise analyses of ex-core neutron detector internals such as fuel assembly and Core Support Barrel in Nuclear Power Plant. A real time mode separation technique have been developed and applied for the analyses. The analyses data base have been constructed for the continuous monitoring and diagnose of the reactor internals. Detailed design of diagnostic system reactor internal structures using neutron noise(RIDS).
$M^2LFR-1000$ is a medium-power modular lead-cooled fast reactor, developed by University of Science and Technology of China (USTC), aiming at achieving a reactor design fulfilling the Gen IV nuclear system requirements and meanwhile emphasizing the optimum safety and economics. In order to evaluate the safety performance of $M^2LFR-1000$ reactor core, three typical transients are selected from initiating events, which are unprotected transient overpower (UTOP), unprotected loss of offsite power (ULOHS+ULOF) and increase of feedwater flowrate with primary pumps trip (IFW+PLOF). These three transients presented and discussed in this paper are performed with the code Analysis of THermal-hydraulics of LEaks and Transients (ATHLET), which is developed by Gesellschaft $f{\ddot{u}}r$ Anlagen-und Reaktorsicherheit gGmbH (GRS). The results indicate that the $M^2LFR$ is safe enough under these three transients due to the good inherent safety features of the reactor, without human intervention, the reactor will reach a new steady state under UTOP condition.
A reactor inlet header break experiment, B9401, performed in the RD-14M multi channel test facility was analyzed using RELAP5/MOD3.2 and RELAP5/CANDU[1]. The RELAP5 has been developed for the use in the analysis of the transient behavior of the pressurized water reactor. A recent study showed that the RELAP5 could be feasible even for the simulation of the thermal hydraulic behavior of CANDU reactors. However, some deficiencies in the prediction of fuel sheath temperature and transient behavior in athe headers were identified in the RELAP5 assessments. The RELAP5/CANDU has been developing to resolve the deficiencies in the RELAP5 and to improve the predictability of the thermal-hydraulic behaviors of the CANDU reactors. In the RELAP5/CANDU, critical heat flux model, horizontal flow regime map, heat transfer model in horizontal channel, etc. were modified or added to the RELAP5/MOD3.2. This study aims to identify the applicability of both codes, in particular, in the multi-channel simulation of the CANDU reactors. The RELAP5/MOD3.2 and the RELAP5/CANDU analyses demonstrate the code's capability to predict reasonably the major phenomena occurred during the transient. The thermal-hydraulic behaviors of both codes are almost identical, however, the RELAP5/CANDU predicts better the heater sheath temperature than the RELAP5/MOD3.2. Pressure differences between headers govern the flow characteristics through the heated sections, particularly after the ECI. In determining header pressure, there are many uncertainties arisen from the complicated effects including steady state pressure distribution. Therefore, it would be concluded that further works are required to reduce these uncertainties, and consequently predict appropriately thermal-hydraulic behaviors in the reactor coolant system during LOCA analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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