This paper suggests a fracture simulation method for SFR metallic fuel pin under accident condition. Two major failure mechanisms - creep damage and eutectic penetration - are implemented in the suggested method. To simulate damaged element, stress-reduction concept to reduce stiffness of the damaged element is applied. Using the proposed method, the failure size of cladding can be predicted in addition to the failure time and failure site. To verify the suggested method, Whole-pin furnace (WPF) test and TREAT-M test conducted at Argonne National Laboratory (ANL) are simulated. In all cases, predicted results and experimental results are overall in good agreement. Based on the simulation result, the effect of eutectic-penetration depth representing failure behavior on failure size is studied.
G. Zullo;D. Pizzocri;A. Magni;P. Van Uffelen;A. Schubert;L. Luzzi
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.12
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pp.4460-4473
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2022
The behaviour of the fission gas plays an important role in the fuel rod performance. In a previous work, we presented a physics-based model describing intra- and inter-granular behaviour of radioactive fission gas. The model was implemented in SCIANTIX, a mesoscale module for fission gas behaviour, and assessed against the CONTACT 1 irradiation experiment. In this work, we present the multi-scale coupling between the TRANSURANUS fuel performance code and SCIANTIX, used as mechanistic module for stable and radioactive fission gas behaviour. We exploit the coupled code version to reproduce two integral irradiation experiments involving standard fuel rod segments in steady-state operation (CONTACT 1) and during successive power transients (HATAC C2). The simulation results demonstrate the predictive capabilities of the code coupling and contribute to the integral validation of the models implemented in SCIANTIX.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.1
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pp.117-123
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2015
To remove heat generated during a burn-up test of nuclear fuels, the heat generation rate of nuclear fuels should be calculated accurately, and a coolant should be circulated in the test loop at an adequate flow rate. HANARO is an open pool-type reactor with an independent test loop for the burn-up test of nuclear fuels. A test rig is installed in the test loop, and a coolant is circulated through the test loop to maintain the temperature of the nuclear fuel rods within a desired temperature during an irradiation test. The components and sensors in the test rig can be broken or malfunction owing to the flow-induced vibration. In this study, a coolant flow simulation system was developed to verify and confirm the soundness of components and sensors assembled in the test rig with a high flow rate of the coolant.
Abdullah O. Albugami;Abdullah S. Alomari;Abdullah I. Almarshad
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3388-3400
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2023
Detailed analysis of the neutron pathway through matter inside the nuclear reactor core is exceedingly needed for safety and economic considerations. Due to the constant development of high-performance computing technologies, neutronics analysis using computer codes became more effective and efficient to perform sophisticated neutronics calculations. In this work, a commercial pressurized water reactor (PWR) presented by Virtual Environment for Reactor Applications (VERA) Core Physics Benchmark are modeled and simulated using a high-fidelity simulation of OpenMC code in terms of criticality and fuel pin power distribution. Various problems have been selected from VERA benchmark ranging from a simple two-dimension (2D) pin cell problem to a complex three dimension (3D) full core problem. The development of the code capabilities for reactor physics methods has been implemented to investigate the accuracy and performance of the OpenMC code against VERA SCALE codes. The results of OpenMC code exhibit excellent agreement with VERA results with maximum Root Mean Square Error (RMSE) values of less than 0.04% and 1.3% for the criticality eigenvalues and pin power distributions, respectively. This demonstrates the successful utilization of the OpenMC code as a simulation tool for a whole core analysis. Further works are undergoing on the accuracy of OpenMC simulations for the impact of different fuel types and burnup levels and the analysis of the transient behavior and coupled thermal hydraulic feedback.
A simplified statistical methodology is developed in order to both reduce over-conservatism of deterministic methodologies employed for PWR fuel rod internal pressure (RIP) calculation and simplify the complicated calculation procedure of the widely used statistical methodology which employs the response surface method and Monte Carlo simulation. The simplified statistical methodology employs the system moment method with a deterministic approach in determining the maximum variance of RIP The maximum RIP variance is determined with the square sum of each maximum value of a mean RIP value times a RIP sensitivity factor for all input variables considered. This approach makes this simplified statistical methodology much more efficient in the routine reload core design analysis since it eliminates the numerous calculations required for the power history-dependent RIP variance determination. This simplified statistical methodology is shown to be more conservative in generating RIP distribution than the widely used statistical methodology. Comparison of the significances of each input variable to RIP indicates that fission gas release model is the most significant input variable.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.2
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pp.129-137
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2024
To non-destructively determine the burnup of a spent nuclear fuel assembly, it is essential to analyze the nuclear isotopes present in the assembly and detect the neutrons and gamma rays emitted from these isotopes. Specifically, gamma-ray measurement methods can utilize a single radiation measurement value of 137Cs or measure based on the energy peak ratio of Cs isotopes such as 134Cs/137Cs and 154Eu/137Cs. In this study, we validated the extent to which the results of gamma-ray measurements using cadmium zinc telluride (CZT) sensors based on 137Cs could be accurately simulated by implementing identical conditions on MCNP. To simulate measurement scenarios using a lead collimator, we propose equations that represent radiation behavior that reaches the detector by assuming "Direct hit" and "Penetration with attenuation" situations. The results obtained from MCNP confirmed an increase in measurement efficiency by 0.47 times when using the CZT detector, demonstrating the efficacy of the measurement system.
This paper proposes an approximated contact force model to identify the nonlinear behavior of a fuel rod with gap supports; also, the numerical prediction of interfacial forces in the mechanical contact of fuel rods with gap supports is studied. The Newmark integration method requires the current status of the contact force, but the contact force is not given a priori. Taylor's expansion can be used to predict the unknown contact force; therefore, it should be guaranteed that the first derivative of the contact force is continuous. This work proposes a continuous and differentiable contact force model with the ability to estimate the current state of the contact force. An approximated convex and differentiable potential function for the contact force is described, and a variational formulation is also provided. A numerical example that considers the particularly stiff supports has been studied, and a fuel rod with hardening supports was also examined for a realistic simulation. An approximated proper solution can be obtained using the results, and abrupt changes from the contacting state to non-contacting state, or vice versa, can be relieved. It can also be seen that not only the external force but also the developed contact force affects the response.
Performing high-fidelity computational fluid dynamics (HF-CFD) to predict the flow and heat transfer state of the coolant in the reactor core is expensive, especially in scenarios that require extensive parameter search, such as uncertainty analysis and design optimization. This work investigated the performance of utilizing a multi-fidelity reduced-order model (MF-ROM) in PWR rod bundles simulation. Firstly, basis vectors and basis vector coefficients of high-fidelity and low-fidelity CFD results are extracted separately by the proper orthogonal decomposition (POD) approach. Secondly, a surrogate model is trained to map the relationship between the extracted coefficients from different fidelity results. In the prediction stage, the coefficients of the low-fidelity data under the new operating conditions are extracted by using the obtained POD basis vectors. Then, the trained surrogate model uses the low-fidelity coefficients to regress the high-fidelity coefficients. The predicted high-fidelity data is reconstructed from the product of extracted basis vectors and the regression coefficients. The effectiveness of the MF-ROM is evaluated on a flow and heat transfer problem in PWR fuel rod bundles. Two data-driven algorithms, the Kriging and artificial neural network (ANN), are trained as surrogate models for the MF-ROM to reconstruct the complex flow and heat transfer field downstream of the mixing vanes. The results show good agreements between the data reconstructed with the trained MF-ROM and the high-fidelity CFD simulation result, while the former only requires to taken the computational burden of low-fidelity simulation. The results also show that the performance of the ANN model is slightly better than the Kriging model when using a high number of POD basis vectors for regression. Moreover, the result presented in this paper demonstrates the suitability of the proposed MF-ROM for high-fidelity fixed value initialization to accelerate complex simulation.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2011.04a
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pp.547-550
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2011
The purpose of this paper is to verify and validate the maintenance tasks of the construction of a nuclear facility using a digital mock-up and simulation technology instead of a physical mock-up. Prior to the construction of a nuclear facility, a remote simulator that provides the opportunity to produce a complete digital mock-up of the PRIDE (Pyroprocess Integrated Inactive DEmonstration Facility) region and its remote handling equipment, including operations and maintenance procedures has been developed. In this paper, the system architecture and graphic user interface of a remote simulator that coincides with the extraordinary nature of a nuclear fuel cycle facility is introduced. In order to analyze the remote accessibility of a remote manipulator, virtual prototyping that was performed it by using haptic device of external input devices under a 3D full-scale digital mock-up is explained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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