Sun Rock Choi;Junkyu Han;Huee-Youl Ye;Jonggan Hong;Won Sik Yang
Nuclear Engineering and Technology
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제56권4호
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pp.1125-1134
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2024
This paper presents a validation study of the subchannel analysis code SLTHEN used for the core thermal-hydraulic design of the Prototype Gen-IV sodium-cooled fast reactor (PGSFR). To assess the performance of the ENERGY model of SLTHEN, four liquid metal heating experiments conducted by ORNL, WARD, and KIT with hexagonal assemblies of wire-wrapped rod bundles were analyzed. These experiments were performed with 19-and 61-pin bundles and varying power distributions of axial and radial peaking factors up to 1.4 and 3.0, respectively. The coolant subchannel temperatures measured at different axial locations were compared with the SLTHEN predictions with the Novendstern, Chiu-Rohsenow-Todreas (CRT), and Cheng-Todreas (CT) correlations for flow split and mixing in wire-wrapped pin bundles. The results showed that the SLTHEN predicts the measured subchannel temperatures reasonably well with root-mean-square errors of ~10 % and maximum errors of ~20 %. It was also observed that the CRT and CT correlations consistently outperform the Novendstern correlation.
Youngjae Park;Donggyun Seo;Byoung Jae Kim;Seung Wook Lee;Hyungdae Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권6호
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pp.2099-2112
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2024
This study examined the effects of CRUD on reflood heat transfer behaviors of nuclear fuel rods during a loss-of-coolant-accident (LOCA) in a pressurized water reactor using a best-estimate thermal-hydraulic analysis code. Changes in thermal properties and boiling heat transfer characteristics of the CRUD layer were extensively reviewed, and a set of correction factors to reflect the changes was implemented into the code. A heat structure layer reflecting the effects of CRUDs on the properties was added to the outer surface of the fuel cladding. Numerical simulations were conducted to examine the effects of CRUDs on reflood cooling of overheated fuel rods for representative separate and integral effect tests, FLECHT-SEASET and LOFT. In LOFT analysis, the average cladding temperature was increased due to the low thermal conductivity of CRUD during steady-state operation; however, in both analyses, the peak cladding temperature decreased, and the quenching time was reduced. Obtained results revealed that when the porous CRUD layer is deposited on the fuel cladding, two opposite effects appear. Low thermal conductivity of the CRUD layer always increases fuel temperature during normal operation; however, its hydrophilic porous structures may contribute to accelerated reflood cooling of fuel rods during a LOCA.
The objective of this study is to evaluate the operator performance relating to hand switches with two or three buttons in the main control rooms of nuclear power plants. Based on the comparative analysis of the nuclear power plants, two different subjective workload-rating scales were used to evaluate the performance of 48 operators: the Overall Workload(OW) and National Aeronautics and Space Administration Task Load Index (NASA TLX). The survey questions consisting of the eight-items were asked to evaluate the operating experiences for the two different switch types. The OW scales ratings were applied to measure the workload of the switch-related tasks. The ratings revealed that signal detection tasks caused less workload in the three-buttoned-switch operators than the other switch group. However, in the switch operation tasks, the switch types did not show statistically significant effects on workload level. The NASA TLX scale ratings were performed based on detailed task scenarios that assumed the accident of small break loss of coolant, what we call, the small LOCH. The NASA TLX was administered to three different task groups: the reactor, the turbine, and the electric operator groups. Based on the NASA TLX, the two-buttoned switch groups showed higher workload than those with the three-buttoned switches. However, a statistically significant difference was found only in the reactor operator groups. When the current switch type was assumed to be changed for the other type, all of the three-buttoned switch groups were predicted to have higher workload than the other switch groups, respectively. The implications of these findings were discussed.
Fatigue cracks due to thermal stratification or corrosion in pipelines of nuclear power plants can cause serious problems on reactor cooling system. Therefore, the development of an integrated technology including fabrication of standard specimens and their practical usage is needed to enhance the reliability of nondestructive testing. The test material was austenitic STS 304, which is used as pipelines in the Reactor Coolant System of a nuclear power plants. The best condition for fabrication of thermal fatigue cracks at the notch plate was selected using the thermal stress analysis of ANSYS. The specimen was installed from the tensile tester and underwent continuos tension loads of 51,000N. Then, after the specimen was heated to $450^{\circ}C$ for 1 minute using HF induction heater, it was cooled to $20^{\circ}C$ in 1 minute using a mixture of dry ice and water. The initial crack was generated at 17,000 cycles, 560 hours later (1cycle/2min.) and the depth of the thermal fatigue crack reached about 40% of the thickness of the specimen at 22,000 cycles. As a results of optical microscope and SEM analysis, it is confirmed that fabricated thermal fatigue cracks have the same characteristics as real fatigue cracks in nuclear power plants. The crack shape and size were identified.
원자력발전소의 사고 대처 부하에 전력을 공급하는 전원계통은 다양한 조건에서도 일정 전압이 유지됨을 분석을 통하여 입증한다. 이를 위하여 발전소를 일정부하 운전 상태로 유지하고, 대용량 전동기(원자로냉각재펌프(RCP), 기기냉각수펌프(CCWP))를 각각 기동하여 기동 전 후 안전관련 모선의 전압을 측정하였다. 현장 시험으로 확보된 자료(예, 전압, 전류, 역율 등)는 기존 전력계통해석 모델의 운전 조건으로 재입력하고 재분석을 수행하였다. 이는, 기존 전력계통분석에 사용된 분석기법과 가정들을 실질적인 측정과 결과 분석으로 입증하는 과정이다. 결국, 두 경우의 전압 강하는 발전소 안전에 중요한 기기의 전압이 허용전압 이하로 저하되지 않음과 두 값의 비교 결과가 요구되는 제한치 이내임을 검증한다.
Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has operated an integral effect test facility, the Advanced Thermal-Hydraulic Test Loop for Accident Simulation (ATLAS), with reference to the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400) for tests for transient and design basis accidents simulation. A test for a loss of coolant accident (LOCA) at the top of the reactor pressure vessel (RPV) had been conducted at ATLAS to address the impact of the loss of safety injections (LSI) and to evaluate accident management (AM) actions during the postulated accident. The experimental data has been utilized to validate system analysis codes within a framework of the domestic standard problem program organized by KAERI in collaboration with Korea Institute of Nuclear Safety. In this study, the test has been analyzed by using thermal-hydraulic system analysis codes, MARS-KS 1.5 and TRACE 5.0 Patch 6, and a comparative analysis with experimental and calculation results has been performed. The main objective of this study is the investigation of the thermal-hydraulic phenomena during a small break LOCA at the RPV upper head with the LSI as well as the predictability of the system analysis codes after the AM actions during the test. The results from both codes reveal that overall physical behaviors during the accident are predicted by the codes, appropriately, including the excursion of the peak cladding temperature because of the LSI. It is also confirmed that the core integrity is maintained with the proposed AM action. Considering the break location, a sensitivity analysis for the nodalization of the upper head has been conducted. The sensitivity analysis indicates that the nodalization gave a significant impact on the analysis result. The result emphasizes the importance of the nodalization which should be performed with a consideration of the physical phenomena occurs during the transient.
Kim, Hho-Jung;Chung, Bub-Dong;Lee, Young-Jin;Kim, Jin-Soo
Nuclear Engineering and Technology
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제18권2호
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pp.97-106
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1986
1981년 6일 9일 원자력 1호기에서 발생한 77.5% 출력상태에서의 외부전원상실사고를 열, 수력학적최적계산용 코드인 RELAP5/MODl/NSC를 사용하여 모의하였으며 해석결과는 발전소 실측자료와 잘 일치하였다. 원자로 냉각재펌프의 트립에 따른 flow coastdown후에 hot-cold leg온도차에 의하여 자연순환 유동이 형성됨이 확인되었으며 실측자료와 잘 일치하여 이와 관련된 전산코드의 열수력학 적모델의 타당성을 입증할 수 있었다. 또한 위의 사고전개가 정상운전상태인 전출력(100%)에서 재발하였을 경우를 가정하여 해석하였다. 이러한 해석을 통하여 보조급수의 공급과 더불어 증기발생기 PORV의 적절한 작동으로 원자력 1호기 노심잔열을 제거하여 안전성에 문제점을 야기하지 않음을 입증하였다. 최적 계산방법에 의한 사고해석에서는 turbine stop valve 작동시간, 증기 발생기 PORV 설정치 등 non-safety 관련요소들의 특성에 대한 정화한 모의가 필수적이다.
A model testing has been performed to investigate the flow characteristics of a vortex chamber, which plays a role of a flow switch and passively controls the discharge flow rate. This method of passive flow control is a matter of concern in the design of advanced nuclear reactor systems as an alternative to the active flow control to provide emergency water to the reactor core in case of postulated accidents like LOCA (Loss-Of-Coolant Accident). By changing the inflow direction in the vortex chamber and varying the flow resistance inside the chamber, the vortex chamber can control passively the injection flowrate. Fundamental characteristics such as discharge flow rate and pressure drop of the vortex chamber are measured, and its parametric effects on the performance of the vortex chamber are also systematically investigated.
Multi-dimensional analysis of reactor safety-KINS standard (MARS-KS) is a thermal-hydraulic code to simulate multiple design basis accidents in reactors. The code has been essential to assess nuclear safety, but has mainly focused on light water reactors, which are in the majority in South Korea. Few previous studies considered pressurized heavy water reactor (PHWR) applications. To verify the code applicability for PHWRs, it is necessary to develop MARS-KS input decks under various transient conditions. This study proposes an input model to simulate small-break loss of coolant accidents for PHWRs. The input model includes major equipment and experimental conditions for test B9802. Calculation results for selected variables during steady-state closely follow test data within ±4%. We adopted the Henry-Fauske model to simulate break flow, with coefficients having similar trends to integrated break mass and trip time for the power supply. Transient calculation results for major thermal-hydraulic factors showed good agreement with experimental data, but further study is required to analyze heat transfer and void condensation inside steam generator u-tubes.
Alloy 617 is considered as a candidate Ni-based superalloy for the intermediate heat exchanger (IHX) of a very high-temperature gas reactor (VHTR) because of its good creep strength and corrosion resistance at high temperatures. Helium is used as a coolant in a VHTR owing to its high thermal conductivity, inertness, and low neutron absorption. However, helium inevitably includes impurities that create an imbalance in the surface reactivity at the interface of the coolant and the exposed materials. As the Alloy 617 has been exposed to high temperatures at $950^{\circ}C$ in the impure helium environment of a VHTR, the degradation of material is accelerated and mechanical properties decreased. The high-temperature strength, creep, and corrosion properties of the structural material for an IHX are highly important to maintain the integrity in a harsh environment for a 60 year period. Therefore, an alloy superior to alloy 617 should be developed. In this study, the mechanical and high-temperature corrosion properties for Ni-Cr alloys fabricated in the laboratory were evaluated as a function of the grain boundary strengthening and alloying elements. The ductility increased and decreased by increasing the amount of Mo and Cr, respectively. Surface oxide was detached during the corrosion test, when Al was not added to alloy. However the alloy with Al showed improved oxide adhesive property without significant degradation and mechanical property. Aluminum seems to act as an anti-corrosive role in the Ni-based alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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