Abstract
This study investigates the effect of fuel pellet eccentricity on fuel rod thermal performance under the steady state condition. The governing equations in the fuel pellet and the cladding region are set up in 2-dimensional cylindrical coordinate (r, $\theta$) and are solved by finite element method. The angular-dependent heat transfer coefficient in the gap region is used in order to account for the asymmetry of gap width. Material propeties are used as a function of temperature and volumetric heat generation as a function of radial position. The results show the increase of maximum local heat flux at the cladding outer surface and the decrease of maximum and average fuel temperatures due to eccentricity. The former is expected to affect the uncertainties in the minimum DNBR calculation. The latter two are expected to reduce the possibility of fuel melting and the fuel stored energy. Also, the fuel pellet eccentricity introduces asymmetry in fuel pellet temperature and movement of the location of maximum fuel pellet temperature.
핵연료소결체의 편심이 정상상태에서 핵연료봉 열적 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 지배방정식은 핵연료소결체와 피복관영역에 대해 2차원 원통좌표계 (r, $\theta$)로 각각 세우고 유한요소법으로 풀었다. 갭(gap)영역에서 방위각 의존적인 열전달계수를 사용하여 동심구조는 그대로 두는 반면 갭크기의 비대칭성을 고려하였다. 재료물성치는 온도의 함수로 사용되었으며 체적 열발생은 반경의 함수로 고려하였다. 핵연료 소결체의 편심으로 인해 피복관 외부 표면에서 최대국부열속은 증가하였고, 핵연료 소결체의 최대온도와 핵연료 평균온도는 감소하였다. 전자는 최소 DNBR계산시 불확실도에 영향을 미칠 것으로 생각되며, 후자의 두현상은 핵연료 소결체의 용융 가능성과 사고시 핵연료 잠재에너지를 줄어들게 할 것으로 예상된다. 또한, 핵연료 소결체의 편심으로 인해 핵연료 소결체의 온도분포는 비대칭을 이루고 최대온도의 위치는 변동되었다.