This paper summarizes the tests performed in the ATLAS facility during its first two years of operation (2007${\sim}$2008). Two categories of tests have been performed successfully: (a) the reflood phase of the large-break loss-of-coolant accidents in a cold leg, and (b) the breaks in one of four direct vessel injection lines. Those tests contributed to understanding the unique thermal-hydraulic behavior, resolving the safety-related concerns and providing an evaluation of the safety analysis codes and methodology for the advanced pressurized water reactor, APR1400. Several important and interesting phenomena have been observed during the tests. In most cases, the ATLAS shows reasonable accident characteristics and conservative results compared with those predicted by one-dimensional safety analysis codes. A wide variety of small-break LOCA tests will be performed in 2009.
The paper deals with three main topics: a) the definition of System Thermal-Hydraulics (SYS TH), b) a historical outline for SYS TH and, c) the description of elements for reflection when planning research projects or improvement activities, this last topic being the main reason for the paper. Distinctions between basic thermal-hydraulics and computational Fluid-Dynamics (CFD) on the one side and SYS TH on the other side are considered under the first topic; stakeholders in the technology are identified. The proposal of Interim Acceptance Criteria for Emergency Core Cooling Systems in 1971 by US NRC (AEC at the time) is recognized as the starting date or the triggering event for SYS TH (second topic). The complex codes and the main experimental programs (list provided in the paper) constitute the pillars for SYS TH. Caution or warning statements are introduced in advance when discussing the third topic: a single person (or a researcher) has little to no possibility, or capability, of streamlining the forthcoming investments or to propose a roadmap for future activities. Nevertheless, the ambitious attempt to foresee developments in this area has been pursued without constraints connected with the availability of funds and with industrial benefits or interests. Demonstrating the acceptability of current SYS TH limitations and training in the application of those codes are mentioned as the main challenges for forthcoming research activities.
As passive safety features for nuclear power plants receive increasing attention, various studies have been conducted to develop safety systems for 3rd-generation (GEN-III) nuclear power plants that are driven by passive systems. The Passive Auxiliary Feedwater System (PAFS) is one of several passive safety systems being designed for the Advanced Power Reactor Plus (APR+), and extensive studies are being conducted to complete its design and to verify its feasibility. Because the PAFS removes decay heat from the reactor core under transient and accident conditions, it is necessary to evaluate the heat removal capability of the PAFS under hypothetical accident conditions. The heat removal capability of the PAFS is strongly dependent on the heat transfer at the condensate tube in Passive Condensation Heat Exchanger (PCHX). To evaluate the model of heat transfer coefficient for condensation, the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS) code is used to simulate the experimental results from PAFS Condensing Heat Removal Assessment Loop (PASCAL). The Shah model, a default model for condensation heat transfer coefficient in the MARS code, under-predicts the experimental data from the PASCAL. To improve the calculation result, The Thome model and the new version of the Shah model are implemented and compared with the experimental data.
In this study, direct code coupling, in which two codes share a single flow field, was conducted using 3-dimensional high resolution thermal hydraulics code, CUPID and 1-dimensional system analysis code, MARS. This approach provide the merit to use versatile capability of MARS for nuclear power plants and 3-dimensional T/H analysis capability of CUPID. Numerical Method to directly couple CUPID and MARS was described in this paper. The straight flow and manometer flow oscillation were calculated to verify conservation of coupled CUPID/MARS code in mass, momentum, and energy. This verification calculations indicates that the CUPID/MARS is coupled appropriately in numerical aspect and the coupled code can be applied to nuclear reactor thermal hydraulics after validation against integral transient experiments.
The boron transport model has been implemented into the CUPID code to simulate the boron transport phenomena of the PWR. The boron concentration conservation was confirmed through a simulation of a conceptual boron transport problem in which water with a constant inlet boron concentration injected into an inlet of the 2-dimensional vertical flow tube. The step wise boron transport problem showed that the numerical diffusion of the boron concentration can be reduced by the second order convection scheme. In order to assess the adaptability of the developed boron transport model to the realistic situation, the ROCOM test was simulated by using the CUPID implemented with the boron transportation.
A metal-fueled pool-type liquid metal fast reactor (LMFR) provides large margins to sodium boiling and fuel damage under accident conditions. The favorable passive safety results are obtained by both a reactivity feedback mechanism in the core and a passive decay heat removal system. Among the various reactivity feedbacks, the ones by a thermal expansion of a radial dimension of the core and by the control rod drivelines are strongly dependent on the flow conditions in the core and the hot pool, respectively. The effects of multidimensional thermal hydraulic characteristics on these reactivity feedbacks are investigated by the system-wide safety analysis code SSC-K with advanced thermal hydraulics models. Particularly a detailed three dimensional thermal hydraulics reactor core model is integrated into SSC-K for use in a whole system analysis of the passive safety aspects of LMR designs. The model provides fuel and cladding temperatures for every fuel pin in a reactor and coolant temperatures for every coolant sub-channel in the reactor.
Three small-break loss-of-coolant accident (SBLOCA) tests with safety injection pumps were carried out using the integral-effect test loop for SMART (System-integrated Modular Advanced ReacTor), i.e., the SMART-ITL facility. The types of break are a safety injection system line break, shutdown cooling system line break, and pressurizer safety valve line break. The thermal-hydraulic phenomena show a traditional behavior to decrease the temperature and pressure whereas the local phenomena are slightly different during the early stage of the transient after a break simulation. A safety injection using a high-pressure pump effectively cools down and recovers the inventory of a reactor coolant system. The global trends show reproducible results for an SBLOCA scenario with three different break locations. It was confirmed that the safety injection system is robustly safe enough to protect from a core uncovery.
Passive safety systems are integrated into the latest generation of Light Water Reactors (LWRs), including small modular reactors. This paper employs the US-NRC TRACE thermal hydraulic code to examine the performance of a passive safety condenser known as SACO, designed to serve as the ultimate heat sink for dissipating decay heat during accident scenarios. The TRACE model is constructed with reference to the PKL/SACO test facility. The safety condenser (SACO) is interconnected with the PKL facility via the secondary side of steam generator 1, effectively serving as a third natural circulation cooling loop during accident scenarios. In the present research, the thermal-hydraulic behavior of the PKL facility is investigated in the presence of the SACO passive safety system during an extended SBO with Loss of AC Power accident scenario. This SBO can be categorized into three distinct phases depending on the activation of the SACO system and the refilling process of the SACO pool. The first phase is depressurizing using primary and secondary relief valves, the second phase is cooling down using SACO system, and the third phase is the refilling of SACO pool. The findings indicate that the SACO system effectively manages to dissipate all decay heat, even though there is temporary evaporation of the SACO water pool. Furthermore, this study provides sensitivity analysis for the assessments of system codes on the selection of maximum time step.
고화 입자 크기의 관점에서 TROI 용융물-냉각수 반응 실험의 결과에 대한 물질 효과를 분석하였다. 고화 입자 크기를 분석하면 용융물-냉각수 반응에서 초기 조건, 혼합, 폭발을 기적으로 해석할 수 있다. 증기 폭발이 발생한 경우와 폭발이 발생하지 않는 경우의 고화 입자 크기를 분석한 결과 증기 폭발이 발생한 경우에는 미세 입자가 많고 비교적 큰 입자는 적은 것으로 나타났다. 또한, 혼합 과정에 대한 정보를 보존할 수 있는 증기 폭발이 발생하지 않은 용융물-냉각수 반응을 이용하여 용융물 입자 크기에 대한 물질 효과를 분석하였다. 증기 폭발이 잘 발생하는 용융물은 증기 폭발에 참여할 수 있는 큰 입자를 많이 포함하고 있었고, 증기 폭발이 잘 발생하지 않는 용융물은 증기 폭발보다는 냉각되기 쉬운 작은 입자 혹은 미세 입자를 많이 포함하고 있었다.
In this paper we describe current activities on the project Multi-Scale Modeling and Analysis of convective boiling (MSMA), conducted jointly by the Paul Scherrer Institute (PSI) and the Swiss Nuclear Utilities (Swissnuclear). The long-term aim of the MSMA project is to formulate improved closure laws for Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations for prediction of convective boiling and eventually of the Critical Heat Flux (CHF). As boiling is controlled by the competition of numerous phenomena at various length and time scales, a multi-scale approach is employed to tackle the problem at different scales. In the MSMA project, the scales on which we focus range from the CFD scale (macro-scale), bubble size scale (meso-scale), liquid micro-layer and triple interline scale (micro-scale), and molecular scale (nano-scale). The current focus of the project is on micro- and meso-scales modeling. The numerical framework comprises a highly efficient, parallel DNS solver, the PSI-BOIL code. The code has incorporated an Immersed Boundary Method (IBM) to tackle complex geometries. For simulation of meso-scales (bubbles), we use the Constrained Interpolation Profile method: Conservative Semi-Lagrangian $2^{nd}$ order (CIP-CSL2). The phase change is described either by applying conventional jump conditions at the interface, or by using the Phase Field (PF) approach. In this work, we present selected results for flows in complex geometry using the IBM, selected bubbly flow simulations using the CIP-CSL2 method and results for phase change using the PF approach. In the subsequent stage of the project, the importance of effects of nano-scale processes on the global boiling heat transfer will be evaluated. To validate the models, more experimental information will be needed in the future, so it is expected that the MSMA project will become the seed for a long-term, combined theoretical and experimental program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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