탄화수소계 연료를 사용하는 재생냉각 로켓엔진 연소기에서는 벽면온도가 올라감에 따라 냉각채널 벽면에 화합물이 침전되는 코킹현상이 발생하는 것으로 알려져 있다. 이 현상은 냉각 유체에 의한 냉각 성능을 감소시키고 결과적으로 과열에 의한 연소기 손상을 야기할 수 있다. 본 논문에서는 재생냉각채널을 모사하는 전기가열장치 실험결과를 소개하고 실험결과를 바탕으로 구리합금과 탄화수소계 연료(Jet A-1)와의 적합성에 대해서 검토하였다.
In a CANDU (CANada Deuterium Uranium) reactor, fuel channel integrity depends on the coolability of the moderator as an ultimate heat sink under transient conditions such as a loss of coolant accident (LOCA) with coincident loss of emergency core cooling (LOECC), as well as normal operating conditions. This study presents assessments of moderator thermal-hydraulic characteristics in the normal operating conditions and one transient condition for CANDU-6 reactors, using a general purpose three-dimensional computational fluid dynamics code. First, an optimized calculation scheme is obtained by many-sided comparisons of the predicted results with the related experimental data, and by evaluating the fluid flow and temperature distributions. Then, using the optimized scheme, analyses of real CANDU-6 in normal operating conditions and the transition condition have been performed. The present model successfully predicted the experimental results and also reasonably assessed the thermal-hydraulic characteristics of a real CANDU-6 with 380 fuel channels. A flow regime map with major parameters representing the flow pattern inside a calandria vessel has also proposed to be used as operational and/or regulatory guidelines.
A novel fully passive small modular superheated water reactor (SWR) for underwater deployment is designed to produce 160 MWe with steam at $500^{\circ}C$ to increase the thermodynamic efficiency compared with standard light water reactors. The SWR design is based on a conceptual 400-MWe integral SWR using the internally and externally cooled annular fuel (IXAF). The coolant boils in the external channels throughout the core to approximately the same quality as a conventional boiling water reactor and then the steam, instead of exiting the reactor pressure vessel, turns around and flows downward in the central channel of some IXAF fuel rods within each assembly and then flows upward through the rest of the IXAF pins in the assembly and exits the reactor pressure vessel as superheated steam. In this study, new cladding material to withstand high temperature steam in addition to the fuel mechanical and safety behavior is investigated. The steam temperature was found to depend on the thermal and mechanical characteristics of the fuel. The SWR showed a very different transient behavior compared with a boiling water reactor. The inter-play between the inner and outer channels of the IXAF was mainly beneficial except in the case of sudden reactivity insertion transients where additional control consideration is required.
Kim, Y. S.;B. U. Bae;Park, G. C.;K. Y. Sub;Lee, U. C .
Nuclear Engineering and Technology
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제35권2호
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pp.91-107
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2003
Since DBA(Design Basis Accidents) has been studied rather separately from SA(Severe Accidents) in the conventional nuclear reactor safety analysis, the thermal hydraulics during transition between DBA and SA has not been identified so much as each accident itself. Thus, in this study, the thermal hydraulic behavior from DBA to the commencement of SA has been experimentally and analytically investigated for the long-term cooling phase of LB-LOCA(Large-Break Loss-of-Coolant Accident). Experiments were conducted for both cases of the loop seal open and closed in an integral test loop, named as SNUF (Seoul National University Facility), which was scaled down to l/6.4 in length and 1/178 in area of the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400MWe). The core mixture level was a main measured value since it took major role in the fuel heat-up rate, the location of fuel melting initiation and the channel blockage by melting material during SA. Experimental results were compared to MAAP4.03 to assess its model of calculating the core mixture level. MAAP4.03 overestimates the core two- phase mixture level because sweep-out and spill-over and the measures to simulate the status of loop seal are not included, which is against the conservatism. Thus, it is recommended that MAAP4.03 should be improved to simulate the thermal hydraulic phenomena, such as sweep-out, spill-over and the status of loop seal.
The most important advantage of nanoparticles is the increased thermal conductivity coefficient and convection heat transfer coefficient so that, as a result of using a 1.5% volume concentration of nanoparticles, the thermal conductivity coefficient would increase by about twice. In this paper, the effects of a nanofluid ($TiO_2$/water) on heat transfer characteristics such as the thermal conductivity coefficient, heat transfer coefficient, fuel clad, and fuel center temperatures in a VVER-1000 nuclear reactor are investigated. To this end, the cell equivalent of a fuel rod and its surrounding coolant fluid were obtained in the hexagonal fuel assembly of a VVER-1000 reactor. Then, a fuel rod was simulated in the hot channel using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation codes and thermohydraulic calculations (maximum fuel temperature, fluid outlet, Minimum Departure from Nucleate Boiling Ratio (MDNBR), etc.) were performed and compared with a VVER-1000 reactor without nanoparticles. One of the most important results of the analysis was that heat transfer and the thermal conductivity coefficient increased, and usage of the nanofluid reduced MDNBR.
Targeting at simulating the application of thorium-uranium (TU) fuel in the CANDU-6 reactor, this paper analyzes the process using the code DRAGON/DONJON where the discrete TU fuel pins are applied in the CANDU-6 reactor under the time-average equilibrium refueling. The results show that the coolant void reactivity of the assembly analyzed in this paper is lower than that of 37-element bundle cell with natural uranium and 37-element bundle cell with mixed TU fuel pins; that the max time-average channel/bundle power of the core meets the limits - less than 6700kW/860 kW; that the fuel conversion ratio is higher than that of the CANDU-6 reactor with natural uranium; and that the exit burnup increases to 13400 MWd/tU. Thus, the simulation in this paper with the fuel in the 37-element bundle cell using discrete TU fuel pins can be considered to be applied in CANDU-6 reactor with adequate modifications of the core structure and operating modes.
In PWR three-dimensional transient coupling calculation software CORCA-K, the nodal Green's function method and diagonal implicit Runge Kutta method are used to solve the spatiotemporal neutron dynamic diffusion equation, and the single-phase closed channel model and one-dimensional cylindrical heat conduction transient model are used to calculate the coolant temperature and fuel temperature. The LMW, NEACRP and PWR MOX/UO2 benchmarks and FangJiaShan (FJS) nuclear power plant (NPP) transient control rod move cases are used to verify the CORCA-K. The effects of burnup, fuel effective temperature and ejection rate on the control rod ejection process of PWR are analyzed. The conclusions are as follows: (1) core relative power and fuel Doppler temperature are in good agreement with the results of benchmark and ADPRES, and the deviation between with the reference results is within 3.0% in LMW and NEACRP benchmarks; 2) the variation trend of FJS NPP core transient parameters is consistent with the results of SMART and ADPRES. And the core relative power is in better agreement with the SMART when weighting coefficient is 0.7. Compared with SMART, the maximum deviation is -5.08% in the rod ejection condition and while -5.09% in the control rod complex movement condition.
Studies were carried out to establish the technology for sodium-clad compatibility and to analyze the compatibility behavior of the Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) cladding material under a flowing sodium environment. The natural circulation facility caused by the thermal convection of the liquid sodium was constructed and the 316-series stainless steels were exposed at $650{^{\circ}C}$ liquid sodium for 1458 hours. The weight change and related microstructural change were analyzed. The results showed that the quasi-dynamic facility represented by the natural convection exhibited similar results compared to the conventional dynamic facility. Selective leaching and local depletion of the chromium, re-distribution of the carbide, and the decarburization process took place in the 316-series stainless steel under a flowing sodium environment. This process decreased as the sodium flowed along the channel, which was caused by the change in the dissolved oxygen and carbon activity in the liquid sodium.
The design concept of a Small High-flux Multipurpose LBE(Lead Bismuth Eutectic) cooled Fast Reactor (SHMLFR) was proposed in the paper. The primary cooling system of the reactor is forced circulation, and the fuel element form is arc-plate loaded high enrichment MOX fuel. The core is cylindrical with a flux trap set in the center of the core, which can be used as an irradiation channel. According to the requirements of the core physical design, a series of physical design criteria and constraints were given, and the steady and transient parameters of the reactor were calculated and analyzed. Regarding the thermal and hydraulic phenomena of the reactor, a simplified model was used to conduct a preliminary analysis of the fuel plates at special positions, and the temperature field distribution of the fuel plate with the highest power density under different coolant flow rates was simulated. The results show that the various parameters of SHMLFR meet the requirements and design criteria of the physical design of the core and the thermal design of the reactor. This implies that the conceptual design of SHMLFR is feasible.
The temperature distribution of an electromagnetic pump was analyzed with a flow rate of 1380 L/min and a pressure of 4 bar designed for the sodium thermo-hydraulic test in the Sodium Test Loop for Safety Simulation and Assessment-Phase 1 (STELLA-1). The electromagnetic pump was used for the circulation of the liquid sodium coolant in the Intermediate Heat Transport System (IHTS) of the Prototype Gen-IV Sodium-cooled Fast Reactor (PGSFR) with an electric power of 150 MWe. The temperature distribution of the components of the electromagnetic pump was numerically analyzed to prevent functional degradation in the high temperature environment during pump operation. The heat transfer was numerically calculated using ANSYS Fluent for prediction of the temperature distribution in the excited coils, the electromagnet core, and the liquid sodium flow channel of the electromagnetic pump. The temperature distribution of operating electromagnetic pump was compared with cooling of natural and forced air circulation. The temperature in the coil, the core and the flow gap in the two conditions, natural circulation and forced circulation, were compared. The electromagnetic pump with cooling of forced circulation had better efficiency than natural circulation even considering consumption of the input power for the air blower. Accordingly, this study judged that forced cooling is good for both maintenance and efficiency of the electromagnetic pump.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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