When a cold HPSI (High Pressure Safety Injection) fluid associated with a design basis accident, such as LOCA (Loss of Coolant Accident), enters the cold legs of a stagnated primary coolant loop, thermal stratification phenomena may arise due to incomplete mixing. If the stratified flow enters a reactor pressure vessel downcomer, severe thermal stresses are created in a radiation embrittled vessel wall by local overcooling. Previous thermal-mixing analyses have assumed that the thermal stratification phenomena generated in stagnated loop of a partially stagnated collant loop are neutralized in the vessel downcomer by strong flow from unstagnated loop. On the basis of these reasons, this paper presents the thermal-mixing analysis results in order to identify the fact that the cold plume generated in the vessel downcomer due to the thermal stratification phenomena of the stagnated loop is affected by the strong flow of the unstagnated loop.
In order to develop a domestic research roadmap for severe accidents, a special committee was established by the Korean Nuclear Society. One of the subcommittees discussed the characteristics and the relevant technical issues in the stages of fission product release and physical forms of radionuclide release and transport. The group members developed a tree to identify fission product release phenomena by tracing failures of individual defense-in-depth barriers and added possible countermeasures against failure. For each elemental issue, they searched for technical problems by examining the phenomena, accident management actions, and regulatory aspects relevant to the mitigation features for containment, including mitigation strategies against containment bypass accidents. Regulatory concerns, including the source term and the acceptance criteria for radionuclide release, were also considered. They identified further research needs regarding important technical issues based on the degree of the current knowledge level in Korea and in foreign countries, looking at the significance and urgency of issues and the expected research period required to reach an advanced level of knowledge. As a result, the group identified the 12 most important and urgent issues, most of which were expected to require mid-term and long-term research periods.
In this paper, a model is developed for calculating pH in the presence of organic impurities due to dissolution of paint and/or continuous injection of organic impurities in the sump. The model is implemented in the AnCheBi code for the analysis of chemical behaviors of the iodine in the containment when the pH changes during a severe accident. Validation of the model is performed with P10T2 and P11T1 experiments carried out by AECL in Canada under the BIP project. Importance analyses of the pH calculation model in the AnCheBi code are then performed with the aforementioned experimental data via Latin hypercube sampling on the reaction coefficients, sensitivity analyses of AnCheBi, and calculation of the correlation coefficients between the reaction coefficients and figure of merits (the pH and the concentrations of the various iodine species). From the importance analyses, we provide the sensitivity of the pH calculation model to the change of pH and the concentrations of the various iodine species and the reaction coefficients related with the dominant phenomena underlying the change of pH and the concentrations of the species.
When the reactor vessel is penetrated in a severe accident of light water reactor, the molten fuel-coolant interaction including the jet breakup occurs and the jet breakup length becomes one of the important parameters. Most numerical studies on jet breakup process have been carried out using dedicated computer codes. Some researchers are trying to apply commercial CFD codes to their investigations on comprehensive jet breakup process. However, the complexity of the phenomena limits the CFD application only to hydrodynamic aspects. In the present study, numerical analysis of jet breakup under vapor generation is pursued using the STAR-CCM + code. The obtained CFD prediction of the MATE09 experiment shows jet breakup progression patterns consistent to the images taken in the experiment. Further, the predicted positions of leading head, which determine the jet breakup length, are in good agreement with the MATE 09 data. The investigation of hydrodynamic effects on the jet breakup with higher jet velocity results in a stronger shear force and earlier jet breakup process even though there exists the vapor pocket around the corium jet. In future studies, the effect of vapor intensity on the jet breakup length would be investigated further by changing other parameters.
The accident at Japan's Fukushima Daiichi nuclear power plant in March 2011, caused by an earthquake and a subsequent tsunami, resulted in a failure of the power systems that are needed to cool the reactors at the plant. The accident progression in the absence of heat removal systems caused Units 1-3 to undergo fuel melting. Containment pressurization and hydrogen explosions ultimately resulted in the escape of radioactivity from reactor containments into the atmosphere and ocean. Problems in containment venting operation, leakage from primary containment boundary to the reactor building, improper functioning of standby gas treatment system (SGTS), unmitigated hydrogen accumulation in the reactor building were identified as some of the reasons those added-up in the severity of the accident. The Fukushima accident not only initiated worldwide demand for installation of adequate control and mitigation measures to minimize the potential source term to the environment but also advocated assessment of the existing mitigation systems performance behavior under a wide range of postulated accident scenarios. The uncertainty in estimating the released fraction of the radionuclides due to the Fukushima accident also underlined the need for comprehensive understanding of fission product behavior as a function of the thermal hydraulic conditions and the type of gaseous, aqueous, and solid materials available for interaction, e.g., gas components, decontamination paint, aerosols, and water pools. In the light of the Fukushima accident, additional experimental needs identified for hydrogen and fission product issues need to be investigated in an integrated and optimized way. Additionally, as more and more passive safety systems, such as passive autocatalytic recombiners and filtered containment venting systems are being retrofitted in current reactors and also planned for future reactors, identified hydrogen and fission product issues will need to be coupled with the operation of passive safety systems in phenomena oriented and coupled effects experiments. In the present paper, potential hydrogen and fission product issues raised by the Fukushima accident are discussed. The discussion focuses on hydrogen and fission product behavior inside nuclear power plant containments under severe accident conditions. The relevant experimental investigations conducted in the technical scale containment THAI (thermal hydraulics, hydrogen, aerosols, and iodine) test facility (9.2 m high, 3.2 m in diameter, and $60m^3$ volume) are discussed in the light of the Fukushima accident.
Allelein, Hans-Josef;Reinecke, Ernst-Arndt;Belt, Alexander;Broxtermann, Philipp;Kelm, Stephan
Nuclear Engineering and Technology
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v.44
no.3
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pp.249-260
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2012
Main focus of the combined nuclear research activities at Aachen University (RWTH) and the Research Center J$\ddot{u}$lich (J$\ddot{U}$LICH) is the experimental and analytical investigation of containment phenomena and processes. We are deeply convinced that reliable simulations for operation, design basis and beyond-design basis accidents of nuclear power plants need the application of so-called lumped-parameter (LP) based codes as well as computational fluid dynamics (CFD) codes in an indispensable manner. The LP code being used at our institutions is the GRS code COCOSYS and the CFD tool is ANSYS CFX mostly used in German nuclear research. Both codes are applied for safety analyses especially of beyond design accidents. Focal point of the work is containment thermal-hydraulics, but source term relevant investigations for aerosol and iodine behavior are performed as well. To increase the capability of COCOSYS and CFX detailed models for specific features, e.g. recombiner behavior including chimney effect, building condenser, and wall condensation are developed and validated against facilities at different scales. The close connection between analytical and experimental activities is notable and identifying feature of the RWTH/J$\ddot{U}$LICH activities.
It has been an essential part for the safety assessment of nuclear power plants to understand various phenomena associated with the molten core-concrete interaction(MCCI) under severe accidents. In this study, the severe accident analysis code MELCOR was used to simulate the MCCI experiments such as SWISS and SURC test series which had been performed in Sandia National Laboratories(SNL). The calculation results were compared with corresponding experimental data such as melt temperature, concrete ablation distance, gas generation rate, and aerosol release rate. Good agreements were observed between MELCOR calculation and experimental data. The melt pool was sustained within the range of high temperature and the concrete ablation occurred continuously. The gas generation and aerosol release were under the influence of melt temperature and overlying water pool, respectively.
A two-dimensional numerical model is developed and applied to the LAVA-EXV tests performed at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) to investigate the external cooling effect on the thermal margin to failure of a reactor pressure vessel (RPV) during a severe accident. The computational program was written to predict the temperature profile of a two-dimensional spherical vessel segment accounting for the conjugate heat transfer mechanisms of conduction through the debris and the vessel, natural convection within the molten debris pool, and the possible ablation of the vessel wall in contact with the high temperature melt. Results of the sensitivity analysis and comparison with the LAVA-EXV test data indicated that the developed computational tool carries a high potential for simulating the thermal behavior of the RPV during a core melt relocation accident. It is concluded that the main factors affecting the RPV failure are the natural convection within the debris pool and the ablation of the metal vessel, The simplistic natural convection model adopted in the computational program partly made up for the absence of the mechanistic momentum consideration in this study. Uncertainties in the prediction will be reduced when the natural convection and ablation phenomena are more rigorously dealt with in the code, and if more accurate initial and time-dependent conditions are supplied from the test in terms of material composition and its associated thermophysical properties.
The parametric model method determines the accident source term which is Presented by a set of source term parameters. In this method, the cumulative distribution of each source term parameter should be derived for its uncertainty analysis. This paper introduces a method of generating the parameters in the form of cumulative distribution using MAAP version 4.0. In MAAP, there are model parameters which could incorporate uncertain physical and/or chemical phenomena. In general, the model parameters do not have a point value but a range. In this paper, considering that, the input values of model parameters influencing each parameter are sampled using LHS. Then, the computation results are shown in cumulative distribution form. For a case study, the CDFs of FCOR and WES of Kori Unit 1 are derived. The target scenarios for the computation are the ones whose initial events are large LOCA, small LOCA and transient, respectively. It is found that the computed CDF's in this study are consistent to those of NUREG-1150 and the use of MAAP is proven to be adequate in assessing the parameters of the severe accident source term.
Podowski, Michael Z.;Podowski, Raf M.;Kim, Dong Ha;Bae, Jun Ho;Son, Dong Gun
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.8
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pp.1916-1938
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2019
The objective of this paper is to discuss the modeling principles of phenomena governing core degradation/melting and in-vessel melt relocation during severe accidents in light water reactors. The proposed modeling approach has been applied in the development of a new accident simulation package, COMPASS (COre Meltdown Progression Accident Simulation Software). COMPASS can be used either as a stand-alone tool to simulate in-vessel meltdown progression up to and including RPV failure, or as a component of an integrated simulation package being developed in Korea for the APR1400 reactor. Interestingly, since the emphasis in the development of COMPASS modeling framework has been on capturing generic mechanistic aspects of accident progression in light water reactors, several parts of the overall model should be useful for future accident studies of other reactor designs, both PWRs and BWRs. The issues discussed in the paper include the overall structure of the model, the rationale behind the formulation of the governing equations and the associated simplifying assumptions, as well as the methodology used to verify both the physical and numerical consistencies of the overall solver. Furthermore, the results of COMPASS validation against two experimental data sets (CORA and PHEBUS) are shown, as well as of the predicted accident progression at TMI-2 reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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