Tak, Nam-Il;Lee, Sung Nam;Kim, Min-Hwan;Lim, Hong Sik;Noh, Jae Man
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.5
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pp.641-654
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2014
A new computer code, named CORONA (Core Reliable Optimization and thermo-fluid Network Analysis), was developed for the core thermo-fluid analysis of a prismatic gas cooled reactor. The CORONA code is targeted for whole-core thermo-fluid analysis of a prismatic gas cooled reactor, with fast computation and reasonable accuracy. In order to achieve this target, the development of CORONA focused on (1) an efficient numerical method, (2) efficient grid generation, and (3) parallel computation. The key idea for the efficient numerical method of CORONA is to solve a three-dimensional solid heat conduction equation combined with one-dimensional fluid flow network equations. The typical difficulties in generating computational grids for a whole core analysis were overcome by using a basic unit cell concept. A fast calculation was finally achieved by a block-wise parallel computation method. The objective of the present paper is to summarize the motivation and strategy, numerical approaches, verification and validation, parallel computation, and perspective of the CORONA code.
Tak, Nam-Il;Kim, Min-Hwan;Lim, Hong-Sik;Noh, Jae Man;Drzewiecki, Timothy J.;Seker, Volkan;Downar, Thomas J.;Kelly, Joseph
Nuclear Engineering and Technology
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v.45
no.6
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pp.745-752
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2013
For thermo-fluid and safety analyses of a High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR), intensive efforts are in progress in the developments of the GAMMA+ code of Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) and the AGREE code of the University of Michigan (U of M). One of the important requirements for GAMMA+ and AGREE is an accurate modeling capability of a bypass flow in a prismatic core. Recently, a series of air experiments were performed at Seoul National University (SNU) in order to understand bypass flow behavior and generate an experimental database for the validation of computer codes. The main objective of the present work is to validate the GAMMA+ and AGREE codes using the experimental data published by SNU. The numerical results of the two codes were compared with the measured data. A good agreement was found between the calculations and the measurement. It was concluded that GAMMA+ and AGREE can reliably simulate the bypass flow behavior in a prismatic core.
Hollow cylindrical tubes with a prismatic sandwich lining designed to replace the solid cross-sections are studied in this paper. The sections are divided by a number of revolving periodic unit cells and three topologies of unit cells (Square, Triangle and Kagome) are proposed. Some types of multiple-topology designed materials are also studied. The feasibility and accuracy of a homogenization method for obtaining the equivalent parameters are investigated. As the curved elements of a unit cell are represented by straight elements in the method and the ratios of the lengths of the curved elements to the lengths of the straight elements vary with the changing number of unit cells, some errors may be introduced. The frequencies of the first five modes and responses of the complete and equivalent models under an internal static pressure and an internal step pressure are compared for investigating the scope of applications of the method. The lower bounds and upper bounds of the number of Square, Triangular and Kagome cells in the sections are obtained. It is shown that treating the multiple-topology designed materials as a separate-layer structure is more accurate than treating the structure as a whole.
The present work presents analysis results of the core design optimizations for an annular, prismatic High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) with passive decay-heat removal features. Its thermal power is 100 MWt and the operating temperature is 850 ℃ (1123 K). The neutronic calculations are done for the core with heterogeneous distribution of fuel and burnable poison particles (BPPs) to flatten the reactivity swing and power peaking factor (PPF) during the reactor operation as well as for control rod (CR) insertion into the core to restrain a small excess reactivity less than 1$. The next step of the study is done for evaluation of core reactivity coefficient of temperature.
In the block type VHTR core, there are inevitable gaps among core blocks for the installation and refueling of the fuel blocks. These gaps are called bypass gap and the bypass flow is defined as a coolant flows through the bypass gap. Distribution of core bypass flow varies according to the reactor operation since the graphite core blocks are deformed by the fast neutron irradiation and thermal expansion. Furthermore, the cross-flow through an interfacial gap between the stacked blocks causes flow mixing between the coolant holes and bypass gap, so that complicated flow distribution occurs in the core. Since the bypass flow affects core thermal margin and reactor efficiency, accurate prediction and evaluation of the core bypass flow are very important. In this regard, experimental and computational studies were carried out to evaluate the core bypass flow distribution. A multi-block experimental apparatus was constructed to measure flow and pressure distribution. Multi-block effect such as cross flow phenomenon was investigated in the experiment. The experimental data were used to validate a CFD model foranalysis of bypass flow characteristics in detail.
An accurate prediction of the bypass flow is of great importance in the VHTR core design concerning the fuel thermal margin. Nevertheless, there has not been much effort in evaluating the amount and the distribution of the core bypass flow. In order to evaluate the behavior and the distribution of the coolant flow, a unit-cell experiment was carried out. Unit-cell is the regular triangular section which is formed by connecting the centers of three hexagonal blocks. Various conditions such as the inlet mass flow rate, block combinations and the size of bypass gap were examined in the experiment. CFD analysis was carried out to analyze detailed characteristics of the flow distribution. Commercial CFD code FLUENT 6.3 was validated by comparing with the experimental results. In addition, SST model and standard k-$\varepsilon$ model were validated. The results of CFD simulation show good agreements with the experimental results. SST model shows better agreement than standard k-$\varepsilon$ model. Results showed that block combinations and the size of the bypass gap have an influence on the bypass flow ratio but the inlet mass flow rate does not.
In this article, the static behavior of non-prismatic sandwich beams composed of functionally graded (FG) materials is investigated for the first time. Two types of beams in which the variation of elastic modulus follows a power-law form are studied. The principle of minimum total potential energy is applied along with the Ritz method to derive and solve the governing equations. Considering conventional boundary conditions, Chebyshev polynomials of the first kind are used as auxiliary shape functions. The formulation is developed within the framework of well-known Timoshenko and Reddy beam theories (TBT, RBT). Since the beams are simultaneously tapered and functionally graded, bending and shear stress pushover curves are presented to get a profound insight into the variation of stresses along the beam. The proposed formulations and solution scheme are verified through benchmark problems. In this context, excellent agreement is observed. Numerical results are included considering beams with various cross sectional types to inspect the effects of taper ratio and gradient index on deflections and stresses. It is observed that the boundary conditions, taper ratio, gradient index value and core to the thickness ratio significantly influence the stress and deflection responses.
Alameri, Saeed A.;King, Jeffrey C.;Alkaabi, Ahmed K.;Addad, Yacine
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.2
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pp.248-257
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2020
This study presents an initial design for a novel system consisting in a coupled nuclear reactor and a phase change material-based thermal energy storage (TES) component, which acts as a buffer and regulator of heat transfer between the primary and secondary loops. The goal of this concept is to enhance the capacity factor of nuclear power plants (NPPs) in the case of high integration of renewable energy sources into the electric grid. Hence, this system could support in elevating the economics of NPPs in current competitive markets, especially with subsidized solar and wind energy sources, and relatively low oil and gas prices. Furthermore, utilizing a prismatic-core advanced high temperature reactor (PAHTR) cooled by a molten salt with a high melting point, have the potential in increasing the system efficiency due to its high operating temperature, and providing the baseline requirements for coupling other process heat applications. The present research studies the neutronics and thermal hydraulics (TH) of the PAHTR as well as TH calculations for the TES which consists of 300 blocks with a total heat storage capacity of 150 MWd. SERPENT Monte Carlo and MCNP5 codes carried out the neutronics analysis of the PAHTR which is sized to have a 5-year refueling cycle and rated power of 300 MWth. The PAHTR has 10 metric tons of heavy metal with 19.75 wt% enriched UO2 TRISO fuel, a hot clean excess reactivity and shutdown margin of $33.70 and -$115.68; respectively, negative temperature feedback coefficients, and an axial flux peaking factor of 1.68. Star-CCM + code predicted the correct convective heat transfer coefficient variations for both the reactor and the storage. TH analysis results show that the flow in the primary loop (in the reactor and TES) remains in the developing mixed convection regime while it reaches a fully developed flow in the secondary loop.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.6
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pp.1412-1422
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1993
As a part of development of process planning system for mold die manufaturing, a software system is developed, which recognizes features and extracts parameters of the shape from design data produced by solid modeller. The recognized feature date is fed to process planning and operation planning system. Low level geometry and topology data from commercial CAD system is transformed to high level machining feature data which used to be done by using a dedicated design system. The recognition algorithm is applied to the design data with boundary representation produced by a core modeller ACIS which has object oriented open architecture and is expected to become a common core modeller of next generation CAD system. The algoritm of recognition has been formulated for 21 features on prismatic components, but the feature set can be expanded by adding rules for the additional features.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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