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.
Yoon, Han Young;Lee, Jae Ryong;Kim, Hyungrae;Park, Ik Kyu;Song, Chul-Hwa;Cho, Hyoung Kyu;Jeong, Jae Jun
Nuclear Engineering and Technology
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제46권5호
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pp.655-666
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2014
The CUPID code has been developed at KAERI for a transient, three-dimensional analysis of a two-phase flow in light water nuclear reactor components. It can provide both a component-scale and a CFD-scale simulation by using a porous media or an open media model for a two-phase flow. In this paper, recent advances in the CUPID code are presented in three sections. First, the domain decomposition parallel method implemented in the CUPID code is described with the parallel efficiency test for multiple processors. Then, the coupling of CUPID-MARS via heat structure is introduced, where CUPID has been coupled with a system-scale thermal-hydraulics code, MARS, through the heat structure. The coupled code has been applied to a multi-scale thermal-hydraulic analysis of a pool mixing test. Finally, CUPID-SG is developed for analyzing two-phase flows in PWR steam generators. Physical models and validation results of CUPID-SG are discussed.
A thermal-hydraulic code, named CUPID, has been being developed for the realistic analysis of transient two-phase flows in nuclear reactor components. The CUPID code development was motivated from very practical needs, including the analyses of a downcomer boiling, a two-phase flow mixing in a pool, and a two-phase flow in a direct vessel injection system. The CUPID code adopts a two-fluid, three-field model for two-phase flows, and the governing equations are solved over unstructured grids with a semi-implicit two-step method. This paper presents an overview of the CUPID code development and assessment strategy. It also presents the code couplings with a system code, MARS, and, a three-dimensional reactor kinetics code, MASTER.
A three-dimensional thermal-hydraulic code, CUPID, has been developed for the analysis of transient two-phase flows at component scale. The CUPID code adopts a two-fluid three-field model for two-phase flows. A semi-implicit two-step numerical method was developed to obtain numerical solutions on unstructured grids. This paper presents an overview of the CUPID code development and assessment strategy. The governing equations, physical models, numerical methods and their improvements, and the systematic verification and validation processes are discussed. The code couplings with a system code, MARS, and, a three-dimensional reactor kinetics code, MASTER, are also presented.
Eun Hyun Ryu;Joo Hwan Park;Yun Je Cho;Dong Hun Lee;Jong Yeob Jung
Nuclear Engineering and Technology
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제54권11호
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pp.4338-4347
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2022
The CUPID code was developed and is continuously updated in KAERI. Verification and validation (V&V) is mainly done for light water reactors (LWRs). This paper describes a benchmarking of the detailed mesh level compared with sub-channel level for application to pressurized heavy water reactors (PHWRs), even though component scale comparison for the PHWR moderator system was done once before. We completed a sub-channel level comparison between the CUPID code and the ASSERT code and a CUPID code analysis. Because the ASSERT code has already been validated with numerous experiments, benchmarking with the ASSERT code will offer us more trust on the CUPID code. The target channel has high power and thus high pressure deformation. The high power channel tends to have a high possibility of critical heat flux (CHF), because a high void fraction and quality in channel exit region appear. In this research, after determining the reference grid and T/H model, we compared the sub-channel level results of the CUPID code with those of the ASSERT code.
Yoon, Han Young;Cho, Hyoung Kyu;Lee, Jae Ryong;Park, Ik Kyu;Jeong, Jae Jun
Nuclear Engineering and Technology
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제44권8호
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pp.831-846
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2012
KAERI has developed a two-phase CFD code, CUPID, for a refined calculation of transient two-phase flows related to nuclear reactor thermal hydraulics, and its numerical models have been verified in previous studies. In this paper, the CUPID code is validated against experiments on the downcomer boiling and moderator flow in a Calandria vessel. Physical models relevant to the validation are discussed. Thereafter, multi-scale thermal hydraulic analyses using the CUPID code are introduced. At first, a component-scale calculation for the passive condensate cooling tank (PCCT) of the PASCAL experiment is linked to the CFD-scale calculation for local boiling heat transfer outside the heat exchanger tube. Next, the Rossendorf coolant mixing (ROCOM) test is analyzed by using the CUPID code, which is implicitly coupled with a system-scale code, MARS.
For the analysis of transient two-phase flows in nuclear reactor components, a three-dimensional thermal hydraulics code, named CUPID, has been developed. The CUPID code adopts a two-fluid, three-field model for two-phase flows, and the governing equations were solved over unstructured grids, which are very useful for the analysis of flows in complicated geometries. To obtain numerical solutions, the semi-implicit numerical method for the REALP5 code was modified for an application to unstructured grids, and it has been further improved for enhanced accuracy and fast running. For the verification of the CUPID code, a set of conceptual problems and experiments were simulated. This paper presents the flow model, the numerical solution method, and the results of the preliminary assessment.
Without electirc power to cool down the hot reactor core, passive systems utilizing natural circulation are becoming a big specialty of recent neculear systems after the severe accident in Fukusima. When we consider the natural circulation in a pool, thermal mixing phenomena may start from single phase circulation and can continue to two phase condition. Since the CUPID code, which has been developed for two-phase flow analysis, can deal with the phase transition phenomena, the CUPID would be pertinent to natural convection problems in single- and two-phase conditions. Thus, the CUPID should be validated against single- and two-phase natural circulation phenomena. For the first step of the validation process, this study is focused on the validation of single-phase natural circulation. Moreover, the CUPID code solves the fluid properties by the relationship to pressure and temperature from the steam table considering non-condensable gas effects, so that the effects from variable properties are included. Simple square thermal cavity problems are tested for laminar and turbulent conditions against numerical and experimental data. Throughout the investigation, it is found that the variable properties can affect the flow field in laminar condition, but the effect becomes weak in turbulence condition, and the CUPID code implementing steam table is capable of analyzing single phase natural circualtion phenomena.
The CUPID code is a transient, three-dimensional, two-fluid, thermal-hydraulic code designed for a component-scale analysis of nuclear reactor components. The primary objective of this study is to assess the applicability of CUPID to single-phase turbulent flow analyses of $2{\times}2$ rod bundle subchannel. The bulk velocity at the inlet varies from 1.0 m/s up to 2.0 m/s which is equivalent to the fully turbulent flow with the range of Re=12,500 to 25,000. Adiabatic single-phase flow is assumed. The velocity profile at the exit region is quantitatively compared with both experimental measurement and commercial CFD tool. Three different boundary conditions are simulated and quantitatively compared each other. The calculation results of CUPID code shows a good agreement with the experimental data. It is concluded that the CUPID code has capability to reproduce the turbulent flow behavior for the $2{\times}2$ rod bundle geometry.
본 연구에서는 기기 스케일 2상 유동(Two-phase flow) 해석 코드 CUPID를 사용하여 CANDU 원자로의 칼란드리아 용기 내부 감속재의 열수력 거동을 분석하기 위한 사전연구를 수행하였다. 먼저, Stern 연구소에서 수행한 단상유동 실험 3종류를 이용하여 CUPID 코드를 검증하였다. 칼란드리아 관다발 영역 격자생성의 복잡성을 피하기 위하여 다공성 매질 모델을 해당 영역에 적용하였고, 다공성 매질 영역의 유동 저항은 실험에서 얻은 관계식을 이용하여 계산하도록 하였다. 계산결과, CUPID 코드는 칼란드리아 용기 내부의 강제 및 자연 대류의 혼합 유동 양식을 성공적으로 예측하였다. 다음으로 2상 유동이 발생하는 경우를 해석하였다. 이들 계산을 통해 CUPID 코드의 CANDU 원자로 감속재 해석 능력을 보였다. 또한, 국부 과냉각 여유도를 예측하는데 사용할 수 있는 유입유량 대비 칼란드리아 용기의 국부 최대 감속재 온도 그래프를 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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