The neutron multiplication factor in spent fuel storage racks, in which a stainless steel plate encloses a fuel assembly, was evaluated according to the variation of distance between the fuel assembly and stainless steel plate, as well as the pitch. The stainless steel plate position with the lowest multiplication factor on each pitch consistently appeared as 6mm or 9mm away from the outmost surface of the fuel assembly. Because the stainless steel plate has a thermal neutron absorption cross section, its ability to absorb neutrons can work best only if it is installed at the position where thermal neutrons can be gathered most easily. Therefore, the stainless steel plate position should not be too close or too far away from the fuel assembly, but it should be kept a pertinent distance from the fuel assembly.
Kim, Hyun-Jung;Yim, Jeong-Sik;Lee, Byung-Ho;Oh, Jae-Yong;Tahk, Young-Wook
Nuclear Engineering and Technology
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제46권4호
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pp.529-540
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2014
In this research, a drop impact analysis of a fuel assembly in a research reactor is carried out to determine whether the fuel plate integrity is maintained in a drop accident. A fuel assembly drop accident is classified based on where the accident occurs, i.e., inside or outside the reactor, since each occasion results in a different impact load on the fuel assembly. An analysis procedure suitable for each drop situation is systematically established. For an accident occurring outside the reactor, the direct impact of a fuel assembly on the pool bottom is analyzed using implicit and explicit approaches. The effects of the key parameters, such as the impact velocity and structural damping ratios, are also studied. For an accident occurring inside the reactor, the falling fuel assembly may first hit the fixing bar at the upper part of the standing fuel assembly. To confirm the fuel plate integrity, a fracture of the fixing bar should be investigated, since the fixing bar plays a role in protecting the fuel plate from the external impact force. Through such an analysis, the suitability of an impact analysis procedure associated with the drop situation in the research reactor is shown.
The plate-type fuel assembly adopted in nuclear research reactor suffers from complicated effect induced by non-uniform irradiation, which might affect stress conditions, mechanical behaviors and thermal-hydraulic performance of the fuel assembly. This paper is the Part II work of a two-part study devoted to analyzing the complex unique mechanical deformation and thermal-hydraulic characteristics for the typical plate-type fuel assembly under irradiation effect, which is on the basis of developed and verified numerical thermal-fluid-structure coupling methodology under irradiation in Part I of this work. The mechanical deformation, thermal-hydraulic performance and Mises stress have been analyzed for the typical plate-type fuel assembly consisting of support plates under non-uniform irradiation. It was interesting to observe that: the plate-type fuel assembly including the fuel plates and support plates tended to bend towards the location with maximum fission rate; the hot spots in the fuel foil appeared at the location with maximum thickness increment; the maximum Mises stress of fuel foil was located at the adjacent location with the maximum plate thickness increment et al.
The top and bottom nozzles of PWR fuel assembly are connected by guide thimbles and an instrumentation tube that are connected with spacer grids. The fuel rods are inserted into the each cell of spacer grids. The loads acting on the fuel assembly are transmitted to the guide thimbles through the flow plate of top nozzle The axial loads applied to the fuel assembly are not equally distributed among the guide thimble due to the geometry of the top nozzle flow plate and spacer grid. In this study, the load concentration factors for the $17\times17$ fuel assembly were calculated. The analytical model fur the calculation of the load concentration factor of top nozzle flow plate was developed using ANSYS 5.6. The finite element analyses were performed using the model composed of top nozzle, guide thimble, and spacer grid. And, the analysis results were compared with the test results.
The design and fabrication of a metallic bipolar plate-gasket assembly for polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs) is defined. This bipolar plate-gasket assembly was prepared by inserting a previously prepared bipolar plate in the specially designed gasket mold. For this aim, a proprietary fluoro-silicone based rubber was injected directly into the bipolar plate borders. Gaskets obtained like this showed the chemically / physically stable and the good sealibilty in typically operating PEM fuel cell conditions. And also, this bipolar plate-gasket assembly shows lots of advantages with respect to traditional PEMFCs stack assembling systems: useful application to automative stacking due to easy handling, reduced fabrication time, possibility of quality control and failed elements substitution. This bipolar plate-gasket assembly was evaluated in the short fuel cell stack and met the leakage requirement for normal operation both in short-term and in long-term operation. Especially, it was confirmed that this gasket could be applied successfully even in the high pressure FEM fuel cell systems(over 2.0 bar in absolute pressure).
The plate-type fuel assembly adopted in nuclear research reactor suffers from complicated effect induced by non-uniform irradiation, which might affect its stress conditions, mechanical behavior and thermal-hydraulic performance. A reliable numerical method is of great importance to reveal the complex evolution of mechanical deformation, flow redistribution and temperature field for the plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation. This paper is the first part of a two-part study developing the numerical methodology for the thermal-fluid-structure coupling behaviors of plate-type fuel assembly under irradiation. In this paper, the thermal-fluid-structure coupling methodology has been developed for plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation condition by exchanging thermal-hydraulic and mechanical deformation parameters between Finite Element Model (FEM) software and Computational Fluid Dynamic (CFD) software with Mesh-based parallel Code Coupling Interface (MpCCI), which has been validated with experimental results. Based on the established methodology, the effects of non-uniform irradiation and fluid were discussed, which demonstrated that the maximum mechanical deformation with irradiation was dozens of times larger than that without irradiation and the hydraulic load on fuel plates due to differential pressure played a dominant role in the mechanical deformation.
Kim, Hyun-Jung;Yim, Jeong-Sik;Jeong, Yong-Jin;Lee, Kang-Hee
Nuclear Engineering and Technology
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제51권2호
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pp.495-500
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2019
When a new fuel is developed, various mechanical properties are absolutely necessary for a safety analysis of the fuel for the licensing and prediction of its mechanical behavior during operation and accident conditions. In this paper, a mechanically equivalent surrogate plate of U-Mo dispersion fuel is presented using tungsten, substitute material of U-Mo particle. A surrogate plate, composed of tungsten/aluminum dispersion meat and aluminum alloy cladding, is manufactured with the same fabrication process with that of fuel plate except that a tungsten powder is used instead of U-Mo powder. A modal test showed that the surrogate plate and fuel plate have similar dynamic characteristics, and a tensile test demonstrated the similarity of the material property up to the yield strength range. The conducted tests proved that the surrogate tungsten plate has equivalent mechanical behaviors with that of a fuel plate, which leads to the acceptable use of a surrogate fuel assembly using tungsten/aluminum dispersion meat in various mechanical tests. The surrogate fuel assembly can be utilized for various out-of-pile characteristic tests, which are necessary for the licensing achievement of a research reactor that uses U-Mo dispersion fuel as a driver.
PEM(양성자 교환막) 연료 전지는 부산물로 물 만을 생성하여 친환경 에너지원으로 각광받고 있다. 이러한 연료전지의 스택을 이루는 여러 부품들 중 연료전지의 효율을 결정짓는 분리판에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 복합재료 분리판은 높은 강도와 강성 및 내식성을 갖지만 상대적으로 낮은 전기 전도도를 갖는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고자 가스확산층(GDL)-복합재료 분리판 조합체를 개발하고 그 성능을 실험적으로 확인하였다. 선행 연구에서 개발된 흑연 포일 코팅법을 분리판과 GDL 간의 접촉 저항을 줄이기 위해 적용하였다. 또한, 스택 내의 전자 이동경로를 향상시키고 GDL과 분리판 사이의 접촉저항을 최소화하기 위하여 금속 박막을 이용하여 GDL-분리판 조합체를 제작하였다. 실험 결과 개발된 GDL-분리판 조합체는 기존의 복합재료 분리판과 비교하여 98% 낮은 전기저항을 갖는 것을 확인하였다.
Jin Haeng Lee;Yeong-Garp Cho;Hyokwang Lee;Chang-Gyu Park;Jong-Myeong Oh;Yeon-Sik Yoo;Min-Gu Won;Hyung Huh
Nuclear Engineering and Technology
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제55권12호
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pp.4477-4490
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2023
Fuel locking mechanisms (FLMs) are essential in upward-flow research reactors to prevent accidental fuel separation from the core during reactor operation. This study presents a novel design concept for a remotely controlled plate-type nuclear fuel locking mechanism. By employing electromagnetic field analysis, we optimized the design of the electromagnet for fuel unlocking, allowing the FLM to adapt to various research reactor core designs, minimizing installation space, and reducing maintenance efforts. Computational flow analysis quantified the drag acting on the fuel assembly caused by coolant upflow. Subsequently, we performed finite element analysis and evaluated the structural integrity of the FLM based on the ASME boiler and pressure vessel (B&PV) code, considering design loads such as dead weight and flow drag. Our findings confirm that the new FLM design provides sufficient margins to withstand the specified loads. We fabricated a prototype comprising the driving part, a simplified moving part, and a dummy fuel assembly. Through basic operational tests on the assembled components, we verified that the manufactured products meet the performance requirements. This remote-controlled micro locking mechanism holds promise in enhancing the safety and efficiency of plate-type nuclear fuel operation in upflow research reactors.
Fuel assembly's mechanical characterization test facility (FAMeCT) in KAERI was constructed with upgraded functional features such as increased loading capacity, underwater vibration testing and severe earthquake simulation for extended fuel design guideline. This facility is designed and developed to provide out-pile fuel data for accident analysis model and fuel licensing. Functional tests of FAMeCT were performed to confirm functionality, structural integrity, and validity of newly-built fuel assembly mechanical test facility. Test program includes signal check of data acquisition system, load delivering capacity using real-sized fuel assemblies and a standard loading cylindrical rigid specimen. Fuel assembly's lateral bending test was carried out up to 30 mm of pull-out displacement. Limit case axial compression loading test up to 33 kN was performed to check structural integrity of UCPS (Upper Core Plate Simulator) support frame. Test results show that all test equipment and measurement system have acceptable range of alignment, signal to noise ratio, load carrying capacity limit without loss of integrity. This paper introduces newly constructed fuel assembly's mechanical test facility and summarizes results of functional test for the mechanical test equipment and data acquisition system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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