The operation of a nuclear power plant relies on precalculated nuclear design predictions based on core calculations of various reactor states. The fuel temperature is a crucial factor in determining the reactor fuel behavior, but assessing the temperature variation in a fuel pellet taking into account neutron transport is challenging. Detailed simulation of the temperature behavior within the fuel pellet can be obtained by coupling of Monte Carlo neutron transport codes with thermal-hydraulics solvers. However, this approach is not practical for standard nuclear design calculations, and computationally cheaper and faster methods must be used. In nuclear core simulators, a concept of a single "effective temperature" that yields the same neutron response as in the case of the actual temperature shape is mainly applied. This paper evaluates various fuel temperature models used in nuclear core simulation calculations, ultimately recommending a new effective temperature model that considers the burnup correction.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.25
no.3
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pp.336-343
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2017
Intake air conditions, such as air temperature, pressure, and humidity, are very important parameters that influence engine performance including combustion and emissions characteristics. The purpose of this study is to investigate the effects of intake air temperature on combustion and exhaust emissions characteristics in a single cylinder diesel engine. In this experiment, an air cooler and a heater were installed on the intake air line and a gas flow controller was installed to maintain the flow rate. It was found that intake air temperature induced the evaporation characteristics of the fuel, and it affects the maximum in-cylinder pressure, IMEP(indicated mean effective pressure), and fuel consumption. As the temperature of intake air decreases, the fuel evaporation characteristics deteriorate even as the fuel temperature has reached the auto-ignition temperature, so that ignition delay is prolonged and the maximum pressure of cylinder is also reduced. Based on the increase in intake air temperature, nitrogen oxides(NOx) increased. In addition, the carbon monoxide(CO) and unburned hydrocarbons(UHC) increased due to incomplete fuel combustion at low intake air temperatures.
Jozef Stefan Institute (JSI), TRIGA Mark II reactor employs the homogeneous mixture of uranium and zirconium hydride fuel type. Since its upgrade, a series of fresh fuel steady state experimental benchmarks have been conducted. The benchmark results have provided data for testing computational neutronics codes which are important for reactor design and safety analysis. In this work, we investigated the JSI TRIGA Mark II reactor neutronics characteristics: the effective multiplication factor and two safety parameters, namely the control rod worth and the fuel temperature reactivity coefficient using SuperMC. The modeling and real-time cross section generation methods of SuperMC were evaluated in the investigation. The calculation analysis indicated the following: the effective multiplication factor was influenced by the different cross section data libraries; the control rod worth evaluation was better with Monte Carlo codes; the experimental fuel temperature reactivity coefficient was smaller than calculated results due to change in water temperature. All the results were in good agreement with the experimental values. Hence, SuperMC could be used for the designing and benchmarking of other TRIGA Mark II reactors.
Fuel temperature coefficient (FTC) of PuO2+ZrO2 (ROX) fueled LWR cell is analyzed neutronically with reactor- and weapons-grade plutonium fuels in comparison with a U-free PuO2+ThO2 (TOX), and a conventional MOX fuel cells. The FTC value of a ROX fueled LWR is smaller compared to a TOX or a MOX fueled LWRs and becomes extremely positive especially, at EOL. This is because when fuel temperature is increased, thermal neutron spectrum is shifted to harder, which is extreme at EOL in ROX fuel than that in TOX and MOX fuels. Consequently at EOL, 239Pu and 241Pu contributes to positive fuel temperature reactivity (FTR) in ROX fuel, while they have negative contribution in TOX and MOX fuels. The FTC problem of ROX fuel is mitigated by additive ThO2, UO2 or Er2O3. In ROX-additive fuel, the atomic density of fissile Pu becomes more than additive free ROX fuel especially at EOL, which is the main cause to improve the FTC problem. The density of fissile Pu is more effective to decrease the thermal spectrum shifts with increase the fuel temperature than additive ThO2, UO2 or Er2O3 in ROX fuel.
Because the interaction layers that form between U-Mo particles and the Al matrix degrade the thermal properties of U-Mo/Al dispersion fuel, an investigation was undertaken of the undesirable feedback effect between an interaction layer growth and a centerline temperature increase for dispersion fuel. The radial temperature distribution due to interaction layer growth during irradiation was calculated iteratively in relation to changes in the volume fractions, the thermal conductivities of the constituents, and the oxide thickness with the burnup. The interaction layer growth, which is estimated on the basis of the temperature calculations, showed a reasonable agreement with the post-irradiation examination results of the U-Mo/Al dispersion fuel rods irradiated at the HANARO reactor. The U-Mo particle size was found to be a dominant factor that determined the fuel temperature during irradiation. Dispersion fuel with larger U-Mo particles revealed lower levels of both the interaction layer formation and the fuel temperature increase. The results confirm that the use of large U-Mo particles appears to be an effective way of mitigating the thermal degradation of U-Mo/Al dispersion fuel.
The feasibility of cooling in a pressurized heavy water reactor after a large break loss-of-coolant accident has been analyzed using Multidimensional Analysis of Reactor Safety-KINS Standard code during the recirculation phase. Through evaluation of sensitivity of the fuel channel temperature to various effective recirculation flow areas, it is determined that proper cooling of the fuel channels in the broken loop is feasible if the effective flow area remains above approximately 70% of the nominal flow area. When the flow area is reduced by more than approximately 25% of the nominal value, however, incipience of boiling is expected, after which the thermal integrity of the fuel channel can be threatened. In addition, if a dramatic reduction of the recirculation flow occurs, excursions and frequent fluctuations of temperature in the fuel channels are likely to be unavoidable, and thus damage to the fuel channels would be anticipated. To resolve this, emergency coolant supply through the newly installed external injection path can be used as one alternative means of cooling, enabling fuel channel integrity to be maintained and permanently preventing severe accident conditions. Thus, the external injection flow required to guarantee fuel channel coolability has been estimated.
Heung Soo Lee;Dong Seok Kim;Dong-Joo Kim;Jae Ho Yang;Ji-Hae Yoon;Ji Hwan Lee
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.10
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pp.3860-3865
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2023
A metallic microcell UO2 pellet has a microstructure where a metal wall is connected to overcome the low thermal conductivity of the UO2 fuel pellet. It has been verified that metallic microcell fuel pellets provide an impressive reduction of the fuel centerline temperature through a Halden irradiation test. However, it is difficult to predict the effective thermal conductivity of these pellets and researchers have had to rely on measurement and use of the finite element method. In this study, we designed a unit microcell model using a thermal resistance circuit to calculate the effective thermal conductivity on the basis of the microstructure characteristics by using the aspect ratio and compared the results with those of reported metallic UO2 microcell pellets. In particular, using the thermal conductivity calculated by our model, the fuel centerline temperature of Cr microcell pellets on the 5th day of the Halden irradiation test was predicted within 6% error from the measured value.
The purposes of this study were to evaluate engine performance and to analyze smoke emission characteristics for varied injection pressures and engine operating conditions of an electronically-controlled ultra high pressure fuel injection system(UHPFIS). It was discovered that the engine performance with the present UHPFIS was far better than what was initially expected. And the UHPFIS permitted engine operation at air/fuel ratios richer than 20 : 1 without increasing smoke emissions. It was discovered that the indicated mean effective pressure was increased, while the specific fuel consumption and the amount of soot were decreased, as the fuel rail pressures were improved atomization of the fuel spray. As the intake air temperature was increased from $38\sim205^{\circ}C$ in 38 degree increments, the indicated mean effective pressure was dropped while the specific fuel consumption was increased.
The capability of TRAC-M code to predict downcomer boiling effect during reflood phase in postulated PWR LOCA is evaluated using the results of downcomer effective water head and Cylindrical Core Test Facility (CCTF) experiments, which were performed at JAERI. With a full height downcomer simulator, effective water head experiment was carried out to investigate the applicability of the TRAC-M best estimate LOCA code to evaluate the effective water head with superheated wall temperature in downcomer. In order to clarify the effect of the initial superheat of the downcomer wall on the system and the core cooling behaviors during the reflood phase, two sets of analysis were also performed with a CCTF. Results show that TRACM code tends to under-predict downcomer effective water head and core differential pressure. However, the code results show a good agreement with the experimental results in downcomer temperature, heat flux and pressure. Finally, both experiment and calculation showed that the downcomer water head with the superheated downcomer wall is lower than that of the saturated wall temperature.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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