In the SG (steam generator) of PWR (pressurized water reactor) for a nuclear plant, hundreds of U-shaped tubes are used for the heat exchanger system. They interact with primary pressurized cooling water flow, generating flow-induced vibration in the secondary flow region. A simplified U-tube model is proposed in this study to apply for experiment and its counterpart computation. Using the commercial code, ANSYS-CFX, we first verified the Moody chart, comparing the straight pipe theory with the results derived from CFD (computational fluid dynamics) analysis. Considering the virtual mass of fluid, we computed the major modes with the low natural frequencies through the comparison with impact hammer test, and then investigated the effect of pump flow in the frequency domain using FFT (fast Fourier transform) analysis of the experimental data. Using two-way fluid-structure interaction module in the CFD code, we studied the influence on mean flow rate to generate the displacement data. A feasible CFD method has been setup in this research that could be applied potentially in the field of nuclear thermal-hydraulics.
The vertically inverted U-tube steam generator (UTSG) is widely used in the pressurized water reactor (PWR). The reverse flow behavior generally exists in some U-tubes of a steam generator (SG) under both single- and two-phase natural circulations (NCs). The behavior increases the flow resistance in the primary loop and reduces the heat transfer in the SG. As a consequence, the NC ability as well as the inherent safety of nuclear reactors is faced with severe challenges. The theoretical models for calculating single- and two-phase flow pressure drops in U-tubes are developed and validated in this paper. The two-phase reverse flow characteristics in two types of SGs are investigated base on the theoretical models, and the effects of the U-tube height, bending radius, inlet steam quality and primary side pressure on the behavior are analyzed. The conclusions may provide some promising references for SG optimization to reduce the disadvantageous behavior. It is also of significance to improve the NC ability and ensure the PWR safety during some accidents.
가압경수로형 원자력발전소의 저출력 및 과도상태에서의 개선된 증기발생기 수위 제어 방식을 제시하였다. 수축 및 팽창 현상에 의한 수위의 요동을 줄이기 위해 기존의 비례·적분 제어기에 증기발생기 압력 및 급수온도를 고려한 앞먹임 보상부를 첨가하였다. 원전 훈련용 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과 기존방식에 비해 적은 수위오차, 훨씬 빠른 진정시간을 얻을 수 있었다. 제시된 알고리즘은 구현이 용이하고 실제 적용도 가능하리라 판단된다.
Bang, Jungjin;Choi, Gi Hyeon;Jerng, Dong-Wook;Bae, Sung-Won;Jang, Sunghyon;Ha, Sang Jun
Nuclear Engineering and Technology
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제54권1호
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pp.152-161
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2022
We analyzed mitigation strategies for steam generator tube rupture (SGTR) accidents using MARS code under both full-power and low-power and shutdown (LPSD) conditions. In general, there are two approaches to mitigating SGTR accidents: supplementing the reactor coolant inventory using safety injection systems and depressurizing the reactor coolant system (RCS) by cooling it down using the intact steam generator. These mitigation strategies were compared from the viewpoint of break flow from the ruptured steam generator tube, the core integrity, and the possibility of the main steam safety valves opening, which is associated with the potential release of radiation. The "cooldown strategy" is recommended for break flow control, whereas the "RCS make-up strategy" is better for RCS inventory control. Under full power, neither mitigation strategy made a significant difference except for on the break flow while, in LPSD modes, the RCS cooldown strategy resulted in lower break and discharge flows, and thus less radiation release. As a result, using the cooldown strategy for an SGTR under LPSD conditions is recommended. These results can be used as a fundamental guide for mitigation strategies for SGTR accidents according to the operational mode.
Abdelhameed, Ahmed Amin E.;Chaudri, Khurrum Saleem;Kim, Yonghee
Nuclear Engineering and Technology
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제52권12호
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pp.2699-2708
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2020
Helical-coil steam generator (HCSG) technology is a major design candidate for small modular reactors due to its compactness and capability to produce superheated steam with high generation efficiency. In this paper, we investigate the feasibility of the passively autonomous power maneuvering by coupling the 3-D transient multi-physics of a soluble-boron-free (SBF) core with a time-dependent HCSG model. The predictor corrector quasi-static method was used to reduce the cost of the transient 3-D neutronic solution. In the numerical system simulations, the feedwater flow rate to the secondary of the HCSGs is adjusted to extract the demanded power from the primary loop. This varies the coolant temperature at the inlet of the SBF core, which governs the passively autonomous power maneuvering due to the strongly negative coolant reactivity feedback. Here, we simulate a 100-50-100 load-follow operation with a 5%/minute power ramping speed to investigate the feasibility of the passively autonomous load-follow in a 450 MWth SBF PWR. In addition, the passively autonomous frequency control operation is investigated. The various system models are coupled, and they are solved by an in-house Fortran-95 code. The results of this work demonstrate constant steam temperature in the secondary side and limited variation of the primary coolant temperature. Meanwhile, the variations of the core axial shape index and the core power peaking are sufficiently small.
Pipes and components of the secondary system in the pressurized water reactor (PWR) are mainly comprised of manufactured carbon steel. Thus, the generated carbon steel corrosion products are transported into the steam generator and deposited, thereby deteriorating the integrity of the steam generator. Environmental condition in the secondary system of the PWRs differs across different locations. So, the corrosion rate and types of corrosion products depend on specific locations in the secondary system. In this study, the quantity and chemical compositions of corrosion products generated in various locations that vary in different temperatures and chemistry conditions were investigated. As a result of evaluating the PWR "Unit A" that is in current operation, the amount of corrosion products generated in the section of high temperature feedwater system was identified as the largest source in the secondary system. Major components of corrosion products were iron oxides such as magnetite, hematite, and lepidocrocite.
This paper presents an experimental investigation of the small-break loss-of-coolant accident (SBLOCA) and the loss-of-feedwater accident (LOFW) in a scaled integral test facility of REX-10. REX-10 is a small integral-type PWR in which the coolant flow is driven by natural circulation, and the RCS is pressurized by the steam-gas pressurizer. The postulated accidents of REX-10 include the system depressurization initiated by the break of a nitrogen injection line connected to the steam-gas pressurizer and the complete loss of normal feedwater flow by the malfunction of control systems. The integral effect tests on SBLOCA and LOFW are conducted at the REX-10 Test Facility (RTF), a full-height full-pressure facility with reduced power by 1/50. The SBLOCA experiment is initiated by opening a flow passage out of the pressurizer vessel, and the LOFW experiment begins with the termination of the feedwater supply into the helical-coil steam generator. The experimental results reveal that the RTF can assure sufficient cooldown capability with the simulated PRHRS flow during these DBAs. In particular, the RTF exhibits faster pressurization during the LOFW test when employing the steam-gas pressurizer than the steam pressurizer. This experimental study can provide unique data to validate the thermal-hydraulic analysis code for REX-10.
The steam generator level in a PWR is very difficult to control particularly at low power. And the constant control gain and time value are not adaptive in steam generator level controller. In normal operation constant control gain and time value have no problem. But there is problem at low power. So variable control gains based on the temperature are required. The best control gain is decided by the experienced knowledge. A fuzzy gain tuner is used for the gain tuning. In the design of fuzzy gain-tuner processing, the experienced knowledge is employed for making fuzzy rules.
REX-10 is a fully-passive small modular reactor in which the coolant flow is driven by natural circulation, the RCS is pressurized by a steam-gas pressurizer, and the decay heat is removed by the PRHRS. To confirm design decisions and analyze the transient responses of an integral PWR such as REX-10, a thermal-hydraulic system code named TAPINS (Thermal-hydraulic Analysis Program for INtegral reactor System) is developed in this study. Based on a one-dimensional four-equation drift-flux model, TAPINS incorporates mathematical models for the core, the helical-coil steam generator, and the steam-gas pressurizer. The system of difference equations derived from the semi-implicit finite-difference scheme is numerically solved by the Newton Block Gauss Seidel (NBGS) method. TAPINS is characterized by applicability to transients with non-equilibrium effects, better prediction of the transient behavior of a pressurizer containing non-condensable gas, and code assessment by using the experimental data from the autonomous integral effect tests in the RTF (REX-10 Test Facility). Details on the hydrodynamic models as well as a part of validation results that reveal the features of TAPINS are presented in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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