Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.554-560
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2021
CRUD (chalk river unidentified deposits) is a porous material deposited on the surface of nuclear fuel during nuclear power plant operation. The CRUD is composed of metal oxides, such as iron, nickel, and chromium. It is essential to investigate the effects of the CRUD layer on the wall heat transfer between the nuclear fuel surface and the coolant in the event of a nuclear accident. CRUD only negatively affects the temperature of the nuclear fuel due to heat resistance because the effects of the CRUD layer on two-phase boiling heat transfer are not considered. In this study, the physical property models for the porous CRUD layer were developed and implemented into the SPACE code. The effects of boiling heat transfer models on the peak cladding temperature and quenching were investigated by simulating a reflood experiment. The calculation results showed some positive effects of the CRUD layer.
Zircaloy cladding oxidation is an important phenomenon for both design basis accident and severe accidents, because it results in cladding embrittlement and rapid fuel temperature escalation. For this reason during the last decade, many experts have been conducting experiments to identify the oxidation phenomena that occur under design basis accidents and to develop mathematical analysis models. However, since the study of design extension conditions (DEC) is relatively insufficient, it is essential to develop and validate a physical and mathematical model simulating the oxidation of the cladding material at high temperatures. In this study, the QUENCH-05 and -06 experiments were utilized to develop the best-fitted oxidation model and to validate the SPACE code modified with it under the design extension condition. It is found out that the cladding temperature and oxidation thickness predicted by the Cathcart-Pawel oxidation model at low temperature (T < 1853 K) and Urbanic-Heidrick at high temperature (T > 1853 K) were in excellent agreement with the data of the QUENCH experiments. For 'LOCA without SI' (Safety Injection) accidents, which should be considered in design extension conditions, it has been performed the evaluation of the operator action time to prevent core melting for the APR1400 plant using the modified SPACE. For the 'LBLOCA without SI' and 'SBLOCA without SI' accidents, it has been performed that sensitivity analysis for the operator action time in terms of the number of SIT (Safety Injection Tank), the recovery number of the SIP (Safety Injection Pump), and the break sizes for the SBLOCA. Also, with the extended acceptance criteria, it has been evaluated the available operator action time margin and the power margin. It is confirmed that the power can be enabled to uprate about 12% through best-estimate calculations.
Kim, Kyoung-Wook;Ham, Gi-Su;Park, Sun-Hong;Lee, Kee-Ahn
Journal of Powder Materials
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v.27
no.3
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pp.210-218
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2020
A T-800 (Co-Mo-Cr) coating material is fabricated using Co-Mo-Cr powder feedstock and laser cladding. The microstructure and melted Al erosion properties of the laser-cladded T-800 coating material are investigated. The Al erosion properties of the HVOF-sprayed MoB-CoCr and bulk T-800 material are also examined and compared with the laser-cladded T-800 coating material. Co and lave phases (Co2MoCr and Co3Mo2Si) are detected in both the laser-cladded T-800 coating and the bulk T-800 materials. However, the sizes of the lave phases are measured as 7.9 ㎛ and 60.6 ㎛ for the laser-cladded and bulk T-800 materials, respectively. After the Al erosion tests, the erosion layer thicknesses of the three materials are measured as 91.50 ㎛ (HVOF MoB-CoCr coating), 204.83 ㎛ (laser cladded T-800), and 226.33 ㎛ (bulk T-800). In the HVOF MoB-CoCr coating material, coarse cracks and delamination of the coating layer are observed. On the other hand, no cracks or local delamination of the coating layer are detected in the laser T-800 material even after the Al erosion test. Based on the above results, the authors discuss the appropriate material and process that could replace conventional bulk T-800 materials used as molten Al pots.
A previous study demonstrated that the two-row fuel assembly has much more favorable neutron-physical and thermal-hydraulic behavior than the conventional one-row fuel assemblies. Based on the newly developed two-row fuel assembly, an SCWR core is proposed and analyzed. The performance of the proposed core is investigated with 3-D coupled neutron-physical and thermal-hydraulic calculations. During the coupling procedure, the thermal-hydraulic behavior is analyzed using a sub-channel analysis code and the neutron-physical performance is computed with a 3-D diffusion code. This paper presents the main results achieved thus far related to the distribution of some neutronic and thermal-hydraulic parameters. It shows that with adjustment of the coolant and moderator mass flow in different assemblies, promising neutron-physical and thermal-hydraulic behavior of the SCWR core is achieved. A sensitivity study of the heat transfer correlation is also performed. Since the pin power in fuel assemblies can be non-uniform, a sub-channel analysis is necessary in order to investigate the detailed distribution of thermal-hydraulic parameters in the hottest fuel assembly. The sub-channel analysis is performed based on the bundle averaged parameters obtained with the core analysis. With the sub-channel analysis approach, more precise evaluation of the hot channel factor and maximum cladding surface temperature can be achieved. The difference in the results obtained with both the sub-channel analysis and the fuel assembly homogenized method confirms the importance of the sub-channel analysis.
When a nuclear reactor with rectangular fuel assemblies runs for a long time, impurities and debris may be taken into coolant channels, which may cause flow blockage, and the blocked fuel assemblies might be destroyed. Therefore, the purpose of this study is to perform a thermal-hydraulic analysis of a rectangular fuel assembly by STAR-CCM+, under the condition of one subchannel with 80% blockage ratio. A rectangular fuel assembly of the International Atomic Energy Agency (IAEA) 10 MW material test reactor (MTR) is chosen. In view of the gasket material taken into the coolant channel is close to the single side of the coolant channel, in the flow blockage accident of the Oak Ridge Research Reactor (ORRR), a new blockage category called single side blockage is attempted. The blockage positions include inlet, middle and outlet, and the blockage is set as a cuboid. It is found by simulations that the blockage redistributes the mass flow rate, and large vortices appear locally. The peak temperature of the cladding is maximum, when the blockage is located at the single side of the coolant channel inlet, and no boiling occurs in all blockage cases. Moreover, as the height of the blockage increases, the damage caused by the blockage increases slightly.
Since 2001, a series of five irradiation test campaigns for atomized U-Mo dispersion fuel rods, KOMO-1, -2, -3, -4, and -5, has been conducted at HANARO (Korea) in order to develop high performance low enriched uranium dispersion fuel for research reactors. The KOMO irradiation tests provided valuable information on the irradiation behavior of U-Mo fuel that results from the distinct fuel design and irradiation conditions of the rod fuel for HANARO. Full size U-Mo dispersion fuel rods of 4-5 $g-U/cm^3$ were irradiated at a maximum linear power of approximately 105 kW/m up to 85% of the initial U-235 depletion burnup without breakaway swelling or fuel cladding failure. Electron probe microanalyses of the irradiated samples showed localized distribution of the silicon that was added in the matrix during fuel fabrication and confirmed its beneficial effect on interaction layer growth during irradiation. The modifications of U-Mo fuel particles by the addition of a ternary alloying element (Ti or Zr), additional protective coatings (silicide or nitride), and the use of larger fuel particles resulted in significantly reduced interaction layers between fuel particles and Al.
Kim, Hyung-Kyu;Yoon, Kyung-Ho;Lee, Young-Ho;Ha, Jae-Wook;Kim, Seock-Sam
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.195-196
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2002
Studied is fretting wear behaviour of transversely vibrating tube which is supported by springs and dimples. This simulates the fuel rod fretting due to flow-induced vibration in a nuclear reactor. The contact between spacer grid springs and fuel cladding tubes arc brought into focus in this paper. From the mechanical viewpoint, a concave contact shape of spring is considered to perform a wider distribution of the contact stress. Sliding/impacting experiments are conducted in air at room temperature with the conditions of positive contact force and gap existence to accommodate the mechanical condition between the fuel rod and the grid spring during reactor operation. It is found that wear region is separated and wear volume becomes larger as the supporting condition becomes poorer. Spring and dimple cause similar wear.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.441-444
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2000
The recycling process for reuse of uranium in the spent fuels consists various unit processes and the decladding process to extract the spent fuel pellet from the zirconium-based cladding is the beginning process of the recycling. There are two methods - mechanical and chemical - in the decladding process. In this paper, the mechanical decladding device by using a motor as a driving part and a press pin to separate the pellets from tube has been developed. This device was automated and modularized to make the remote operation and maintenance easy.
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.
A typical three-dimensional finite element model for a fuel assembly is established, which is composed of 16 monolithic U-10Mo fuel plates and Al alloy frame. The distribution and evolution results of temperature, displacement and stresses/strains in all the parts are numerically obtained and analyzed with a self-developed code of FUELTM. The simulation results indicate that (1) the out-of-plane displacements of Al alloy side plates are mainly attributed to the bending deformations; (2) enhanced out-of-plane displacements appear in fuel plates adjacent to the outside Al plates, which results from the occurred bending deformations due to the applied constraints of outside Al plates; (3) an intense interaction of fuel foil with the cladding occurs near the foil edge, which appears more heavily in the fuel plates adjacent to the outside Al plates. The maximum first principal stresses in the fuel foil are similar for all the fuel plates and appear near the fuel foil edge; while, the through-thickness creep strains of fuel foil in the fuel plate near the central region of fuel assembly are larger, and the induced creep damage might weaken the fuel skeleton strength and raise the fuel failure risk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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