Film boiling may lead to burnout of the heating element. Even though burnout does not occur, the heating element is subject to deformation because it is not sufficiently strong to withstand external loads. In particular, the ballooning and rupture of a tube under film boiling are important phenomena in the field of nuclear reactor safety. If the tube-type cladding of nuclear fuel ruptures owing to high internal pressure and thermal load, radioactive materials inside the cladding are released to the coolant. Therefore, predicting the ballooning and rupture is important. This study presents numerical simulations to predict the ballooning behavior and rupture time of a horizontal tube at high internal pressure under saturated film boiling. To do so, a multi-step coupled simulation of conjugated film boiling heat transfer and ballooning using creep model is adopted. The numerical methods and models are validated against experimental values. Two different nonuniform heat flux distributions and four different internal pressures are considered. The three-step simulation is enough to obtain a convergent result. However, the single-step simulation also successfully predicts the rupture time. This is because the film boiling heat transfer characteristics are slightly affected by the tube geometry related to creep ballooning.
According to the environment report of UN, korea was classified as potable water shortage countries. Approximately 71% of the Earth's surface is covered by ocean. However, it is difficult to use for industry of residential purpose without a certain processing. The development of solar and waste-heat used absorption desalination technology have been examined as a viable option for supplying clean energy. In this study, the modelling of the main devices for solar and waste-heat used and adsorption desalination system was introduced. The design is divided into three parts. First, the evaporator for the vaporization of the top water is designed, and then the reactor for the adsorption and release of the steam is designed, followed by the condenser for the condensation of the fresh water is designed. In addition, new features based on the energy balance are also included to design absorption desalination system. In this basicresearch, One-bed(reactor) adsorption desalination plant that employ a low-temperature solar and waste energy was proposed and experimentally studied. The specific water yield is measured experimentally with respect to the time controlling parameters such as heat source temperatures, coolant temperatures, system switching and half-cycle operational times.
Park, Won S.;Tae Y. Song;Lee, Byoung O.;Park, Chang K.
Nuclear Engineering and Technology
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v.34
no.1
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pp.42-59
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2002
In order to transmute long-lived radioactive nuclides such as transuranics(TRU), Tc-99, and I- l29 in LWR spent fuel, a preliminary conceptual design study has been performed for the accelerator driven subcritical reactor system, called HYPER(Hybrid Power Extraction Reactor) The core has a hybrid neutron energy spectrum: fast and thermal neutrons for the transmutation of TRU and fission products, respectively. TRU is loaded into the HYPER core as a TRU-Zr metal form because a metal type fuel has very good compatibility with the pyre- chemical process which retains the self-protection of transuranics at all times. On the other hand, Tc-99 and I-129 are loaded as pure technetium metal and sodium iodide, respectively. Pb-Bi is chosen as a primary coolant because Pb-Bi can be a good spallation target and produce a very hard neutron energy spectrum. As a result, the HYPER system does not have any independent spallation target system. 9Cr-2WVTa is used as a window material because an advanced ferritic/martensitic steel is known to have a good performance under a highly corrosive and radiation environment. The support ratios of the HYPER system are about 4∼5 for TRU, Tc-99, and I-129. Therefore, a radiologically clean nuclear power, i.e. zero net production of TRU, Tc-99 and I-129 can be achieved by combining 4 ∼5 LWRs with one HYPER system. In addition, the HYPER system, having good proliferation resistance and high nuclear waste transmutation capability, is believed to provide a breakthrough to the spent fuel problems the nuclear industry is faced with.
As one of the advanced design features of the Korea next generation reactor, direct vessel injection (DVI) system is being considered instead of conventional cold leg injection (CLl) system. It is known that the DVI system greatly enhances the reliability of the emergency core cooling (ECC) system. However, there is still a dispute on its performance in terms of water delivery to the reactor core during the reflood period of a large-break loss-of-coolant accident (LOCA). Thus, experimental validation is under progress. In this paper, a new scaling method, using time and velocity reduced linear scaling law, is suggested for the design of a scaled-down experimental facility to investigate the direct ECC bypass phenomena in PWR downcomer.
A Prototype Gen-IV Sodium-cooled Fast Reactor which is one of the $4^{th}$ generation nuclear reactors is in development by Korea Atomic Energy Research Institute. The reactor is composed of four main fluid systems which are categorized by its functions, i.e., Primary Heat Transport System, Intermediate Heat Transport System, Decay Heat Removal System and Sodium-Water Reaction Pressure Relief System. The coolant of the reactor is liquid sodium and sodium-to-sodium heat exchangers are installed at the interfaces between two fluid systems, Intermediate Heat Exchangers between the Primary Heat Transport System and the Intermediate Heat Transport System and Decay Heat Exchangers between the Primary Heat Transport System and the Decay Heat Removal System. For the design and performance analysis of the Intermediate Heat Exchanger and the Decay Heat Exchanger, a computer code was written during previous step of research. In this work, the computer code named "SHXSA" has been validated preliminarily by computational fluid dynamics simulations.
A previous study demonstrated that the two-row fuel assembly has much more favorable neutron-physical and thermal-hydraulic behavior than the conventional one-row fuel assemblies. Based on the newly developed two-row fuel assembly, an SCWR core is proposed and analyzed. The performance of the proposed core is investigated with 3-D coupled neutron-physical and thermal-hydraulic calculations. During the coupling procedure, the thermal-hydraulic behavior is analyzed using a sub-channel analysis code and the neutron-physical performance is computed with a 3-D diffusion code. This paper presents the main results achieved thus far related to the distribution of some neutronic and thermal-hydraulic parameters. It shows that with adjustment of the coolant and moderator mass flow in different assemblies, promising neutron-physical and thermal-hydraulic behavior of the SCWR core is achieved. A sensitivity study of the heat transfer correlation is also performed. Since the pin power in fuel assemblies can be non-uniform, a sub-channel analysis is necessary in order to investigate the detailed distribution of thermal-hydraulic parameters in the hottest fuel assembly. The sub-channel analysis is performed based on the bundle averaged parameters obtained with the core analysis. With the sub-channel analysis approach, more precise evaluation of the hot channel factor and maximum cladding surface temperature can be achieved. The difference in the results obtained with both the sub-channel analysis and the fuel assembly homogenized method confirms the importance of the sub-channel analysis.
The prediction of clad surface temperatures is important to the design and the safety anlaysis of nuclear reactor. The accurate prediction requires the detailed knowledge of the flow structure and heat transfer, which is complicate due to anisotropic turbulent phenomena. A two-equation model including anisotropic eddy viscosity model is applied to forecast the velocity distribution. And the temperature field is calculated with uniform wall heat flux. The Galerkin's weighted residual finite element method has been used to calculate the turbulent quantities right up to the wall. The numerical results show good agreement with available data and that turbulence anisotropy strongly affects on the mean flow and thus the temperature field. And Nu-P/D correlation is established for sodium coolant in close-packed equilateral triangular bundle in the P/D range of 1.05 to 1.30.
As a type of accident-tolerant fuel, fully ceramic microencapsulated (FCM) fuel was proposed after the Fukushima accident in Japan. The FCM fuel consists of tristructural isotropic particles randomly dispersed in a silicon carbide (SiC) matrix. For a fuel element with such high heterogeneity, we have proposed a two-temperature homogenized model using the particle transport Monte Carlo method for the heat conduction problem. This model distinguishes between fuel-kernel and SiC matrix temperatures. Moreover, the obtained temperature profiles are more realistic than those of other models. In Part I of the paper, homogenized parameters for the FCM fuel in which tristructural isotropic particles are randomly dispersed in the fine lattice stochastic structure are obtained by (1) matching steady-state analytic solutions of the model with the results of particle transport Monte Carlo method for heat conduction problems, and (2) preserving total enthalpies in fuel kernels and SiC matrix. The homogenized parameters have two desirable properties: (1) they are insensitive to boundary conditions such as coolant bulk temperatures and thickness of cladding, and (2) they are independent of operating power density. By performing the Monte Carlo calculations with the temperature-dependent thermal properties of the constituent materials of the FCM fuel, temperature-dependent homogenized parameters are obtained.
This paper deals with the Safety Analysis for $CANDU^{(R)}$ 6 nuclear reactors as affected by main Heat Transport System (HTS) aging. Operational and aging related changes of the HTS throughout its lifetime may lead to restrictions in certain safety system settings and hence some restriction in performance under certain conditions. A step in confirming safe reactor operation is the tracking of relevant data and their corresponding interpretation by the use of appropriate thermal-hydraulic analytic models. Safety analyses ranging from the assessment of safety limits associated with the prevention of intermittent fuel sheath dryout for a slow Loss of Regulation (LOR) analysis and fission gas release after a fuel failure are summarized. Specifically for fission gas release, the thermal-hydraulic analysis for a fresh core and an 11 Effective Full Power Years (EFPY) aged core was summarized, leading to the most severe stagnation break sizes for the inlet feeder break and the channel failure time. Associated coolant conditions provide the input data for fuel analyses. Based on the thermal-hydraulic data, the fission product inventory under normal operating conditions may be calculated for both fresh and aged cores, and the fission gas release may be evaluated during the transient. This analysis plays a major role in determining possible radiation doses to the public after postulated accidents have occurred.
The indigenous nuclear power program of India is based mainly on a series of Pressurised Heavy Water Reactors (PHWRs). A burst correlation for Indian PHWR fuel claddings has been developed and empirical burst parameters are determined. The burst correlation is developed from data available in literature for single-rod transient burst tests performed on Indian PHWR claddings in inert environment. The heating rate and internal overpressure were in the range of 7 K/s-73 K/s and 3 bar-80 bar, respectively, during the burst tests. A burst criterion for inert environment, which assumes that deformation is controlled by steady state creep, has been developed using the empirical burst parameters. The burst criterion has been validated with experimental data reported in literature and the prediction of burst parameters is in a fairly good agreement with the experimental data. The burst criterion model reveals that increasing the heating rate increases the burst temperature. However, at higher heating rates, burst strain is decreased considerably and an early rupture of the claddings without undergoing considerable ballooning is observed. It is also found that the degree of anisotropy has significant influence on the burst temperature and burst strain. With increasing degree of anisotropy, the burst temperature for claddings increases but there is a decrease in the burst strain. The effect of anisotropy in the ${\alpha}$-phase is carried over to ${\alpha}+{\beta}$-phase and its effect on the burst strain in the ${\alpha}+{\beta}$-phase too can be observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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