In-vessel corium retention (IVR) during external reactor vessel cooling (ERVC) is a key severe accident management strategy adopted in advanced nuclear power plants. The injection of nanofluids has been regarded as a means of enhancing CHF when using the IVR-ERVC strategy to safeguard high-power nuclear reactors. However, a critical practical concern is that various types of debris flowing from the contaminant sump during operation of an ERVC system might degrade CHF enhancement by nanofluids. Our objective here was to experimentally assess the viability of nanofluid use to enhance CHF in practical ERVC contexts (e.g., when fluids contain various types of debris). The types and characteristics of debris expected during IVR-ERVC were examined. We performed pool boiling CHF experiments using nanofluids containing these types of debris. Notably, we found that debris did not cause any degradation of the CHF enhancement characteristics of nanofluids. The nanoparticles are approximately 1000-fold smaller than the debris particles; the number of nanoparticles in the same volume fraction is 1 billion-fold greater. Nanofluids increase CHF via porous deposition of nanosized particles on the boiling surface; this is not hindered by extremely large debris particles.
Nuclear power plants contain several monitoring systems that can identify the in-vessel phenomena of a severe accident (SA). Though a lot of analysis and research is carried out on SA, right from the development of the nuclear industry, not all the possible circumstances are taken into consideration. Therefore, to improve the efficacy of the safety of nuclear power plants, additional analytical studies are needed that can directly monitor severe accident phenomena. This paper presents an interacting multiple model (IMM) based fault detection and diagnosis (FDD) approach for the identification of in-vessel phenomena to provide the accident propagation information using reactor vessel (RV) out-wall temperature distribution during severe accidents in a nuclear power plant. The estimation of wall temperature is treated as a state estimation problem where the time-varying wall temperature is estimated using IMM employing three multiple models for temperature evolution. From the estimated RV out-wall temperature and rate of temperature, the in-vessel phenomena are identified such as core meltdown, corium relocation, reactor vessel damage, reflooding, etc. We tested the proposed method with five different types of SA scenarios and the results show that the proposed method has estimated the outer wall temperature with good accuracy.
Kim, Yeon Soo;Jeon, Joongoo;Song, Chang Hyun;Kim, Sung Joong
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2836-2846
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2020
During severe nuclear power plant (NPP) accidents, a H2/CO mixture can be generated in the reactor pressure vessel by core degradation and in the containment as well by molten corium-concrete interaction. In spite of its importance, a state-of-the-art methodology predicting H2/CO combustion risk relies predominantly on empirical correlations. It is therefore necessary to develop a proper methodology for flammability evaluation of H2/CO mixtures at ex-vessel phases characterized by three factors: CO concentration, high temperature, and diluents. The developed methodology adopted Le Chatelier's law and a calculated non-adiabatic flame temperature model. The methodology allows the consideration of the individual effect of the heat transfer characteristics of hydrogen and carbon monoxide on low flammability limit prediction. The accuracy of the developed model was verified using experimental data relevant to ex-vessel phase conditions. With the developed model, the prediction accuracy was improved substantially such that the maximum relative prediction error was approximately 25% while the existing methodology showed a 76% error. The developed methodology is expected to be applicable for flammability evaluation in chemical as well as NPP industries.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.2
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pp.90-100
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2021
Molten corium-concrete interaction (MCCI) is one of the most important phenomena that can lead to the potential hazard of late containment failure due to basemat penetration during a severe accident. In this study, MCCI analytical models of the CORQUENCH code were prepared through verification calculations of several experiments, which had been performed using concrete types similar to those of the calandria vault floor in CANDU-6 plants. The behaviors of thermal-hydraulic variables related to MCCI phenomena were analyzed under the conditions of dry floor and water flooding during the severe accident stemming from a hypothetic station blackout. Uncertainty analyses on the ablation depth were also carried out. It was estimated that the concrete ablation was not interrupted due to the continuous MCCI process under the dry condition but was terminated within 24 hours under the water flooding condition. It was confirmed that the water flooding as a mitigating action was effective to achieve the quenching and thermal stabilization of the melt discharged from the calandria vessel, showing that the present models are capable of reasonably simulating MCCI phenomena in CANDU-6 plants. This study is expected to provide the technical bases to the accident management strategy during the late-phase severe accidents.
In water-cooled power reactor, hydrogen is generated in case of steam zirconium reaction during severe accident condition and later on in addition to hydrogen; CO is also generated during molten corium concrete interaction after reactor pressure vessel failure. Passive Autocatalytic Recombiners (PARs) are provided in the containment for hydrogen management. The performance of the PARs in presence of hydrogen and carbon monoxide along with air has been evaluated. Depending on the conditions, CO may either react with oxygen to form carbon dioxide (CO2) or act as catalyst poison, reducing the catalyst activity and hence the hydrogen conversion efficiency. CFD analysis has been carried out to determine the effect of CO on catalyst plate temperature for 2 & 4% v/v H2 and 1-4% v/v CO with air at the recombiner inlet for a reported experiment. The results of CFD simulations have been compared with the reported experimental data for the model validation. The reaction at the recombiner plate is modelled based on diffusion theory. The developed CFD model has been used to predict the maximum catalyst temperature and outlet species concentration for different inlet velocity and temperatures of the mixture gas. The obtained results were used to fit a correlation for obtaining removal rate of carbon monoxide inside PAR as a function of inlet velocity and concentrations.
The core catcher is used as a passive safety system in new generation nuclear power plants to create a space in the containment for the placing and cooling of the molten corium under various severe accidents. This research investigates the role of the core catcher in the VVER-1000 reactor containment system in mitigating the effects of core meltdown under various severe accidents within the context of the Ex-vessel Melt Retention (EVMR) strategy. Hence, a comparison study of three severe accidents is conducted, including Station Black-Out (SBO), SBO combined with the Large Break Loss of Coolant Accident (LB-LOCA), and SBO combined with the Small Break Loss of Coolant Accident (SB-LOCA). Numerical comparative simulations are performed for the aforementioned scenario with and without the EX-vessel core-catcher. The results showed that considering the EX-Vessel core catcher reduces the amount of hydrogen by about 18.2 percent in the case of SBO + LB-LOCA, and hydrogen production decreases by 12.4 percent in the case of SBO + SB-LOCA. Furthermore, in the presence of an EX-Vessel core-catcher, the production of gases such as CO and CO2 for the SBO accident is negligible. It was revealed that the greatest decrease in pressure and temperature of the containment is related to the SBO accident.
When the reactor vessel is penetrated in a severe accident of light water reactor, the molten fuel-coolant interaction including the jet breakup occurs and the jet breakup length becomes one of the important parameters. Most numerical studies on jet breakup process have been carried out using dedicated computer codes. Some researchers are trying to apply commercial CFD codes to their investigations on comprehensive jet breakup process. However, the complexity of the phenomena limits the CFD application only to hydrodynamic aspects. In the present study, numerical analysis of jet breakup under vapor generation is pursued using the STAR-CCM + code. The obtained CFD prediction of the MATE09 experiment shows jet breakup progression patterns consistent to the images taken in the experiment. Further, the predicted positions of leading head, which determine the jet breakup length, are in good agreement with the MATE 09 data. The investigation of hydrodynamic effects on the jet breakup with higher jet velocity results in a stronger shear force and earlier jet breakup process even though there exists the vapor pocket around the corium jet. In future studies, the effect of vapor intensity on the jet breakup length would be investigated further by changing other parameters.
Eui-Kyun Park;Jun-Won Park;Yun-Jae Kim;Kukhee Lim;Eung-Soo Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2859-2874
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2024
This paper presents the finite element deformation and failure simulation of a typical Korean high-power reactor vessel under a severe accident characterized by large break loss of coolant (LBLOCA) with in-vessel retention of molten corium through external reactor vessel cooling (IVR-ERVC) conditions. Temperature distributions calculated using Modular Accident Analysis Program Version 5 (MAAP5) as thermal boundary conditions were used, and ABAQUS thermal and structural analyses were performed. After full ablation, the temperature of the inner surface in the thinnest section remained high (920 ℃), but the stress remained relatively low (less than 6 MPa). At the outer surface, the stress was as high as 250 MPa; however, the resulting plastic strain was small owing to the low temperature of 200 ℃. Variations in stress, inelastic strain, and temperature with time in the thinnest section suggest that the plastic and creep strains are saturated owing to stress relaxation, resulting in low cumulative damage. Thus, the lower head of the vessel can maintain its structural integrity under LBLOCA with IVR-ERVC conditions. The sensitivity analysis of internal pressure indicates the occurrence of failure in the thinnest section at an internal pressure >9.6 MPa via local necking followed by failure due to high stresses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.12
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pp.1887-1897
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2001
Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) launched an intermediate scale steam explosion experiment named "Test for Real Corium Interaction with water (TROI)" using reactor material to investigate whether the molten reactor material would lead to energetic steam explosion when interacted wish cold water at low pressure. The melt-water interaction experiment is performed in a pressure vessel with the multi-dimensional fuel and water pool geometry. The novel concept of cold crucible technology, where powder of the reactor material in a water-cooled cafe is heated by high frequency induction, is firstly implemented for the generation of molten fuel. In this paper, the lest facility and cold crucible technology are introduced and the results or the first series of tests were discussed. The 5 kg of molten ZrO$_2$jet was poured into the 67cm deep water pool at 30 ∼ 95 $\^{C}$. Either spontaneous steam explosions or quenching was observed. The morphology of debris and pressure wave profiles clearly indicate the differences between the two cases.
Leather (skin & hide) is a body organ, comprising 3 to 5% of the animals weight. The cross-section of a leather is composed of two major divisions: the epidermis or grain layer and the corium or split layer. The leather is naturally covered with bacteria and fungi, because it is a particularly rich source of a wide variety of microorganisms. Stains or coatings of different colours occur in patches or over large areas, depending on the type of mould spore infestation. We examined the antibiotic effect of leather after washing. Upon applying equal fungicide, antibiotic effects increased as follows: grain layer>middle layer>flesh layer. Antibiotic effect decreased with increasing frequency of washing. Decrease in antibiotic effect was lower in OITZ fungicide than in TCMTB and CMK fungicides. Sulfated fatliquor showed higher antibiotic effect than phosphated fatliquor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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