The common method to improve heat transfer in Nuclear fuel rod bundle is install a mixing vane in space grid. The previous split mixing vane is guides cooling water to swirl flow in sub-channel of fuel assembly. But, this swirl flow decade rapidly after mixing vane and the effect of enhancing the heat transfer vanish behind this short region. The large scale secondary vortex flow was generated by rearranging the inclined angle direction of mixing vanes to the coordinated directions. This LSVF mixing vanes generate the most strong secondary flow vortices which maintain about 35 $D_H$ after the spacer grid and the streamwise vorticity in subchannel with LSVF mixing vane sustain two times more than that in subchannel with split mixing vane. The turbulent kinetic energy and the Reynolds stresses generated by the mixing vanes have nearly same scales but maintain twice more than previous type.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.10
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pp.811-818
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2006
Mixing vanes have been installed in the space grid of nuclear fuel rod bundle to improve turbulent heat transfer. Split mixing vanes induce the vortex flow in the cooling water to swirl in sub-channel of fuel assembly. But, The swirling flow decays rapidly so that the heat transfer enhancing effect limited to short length after the mixing vane. In the present study, the large scale vortex flow (LSVF) is generated by rearranging the mixing vanes to the coordinated directions. This LSVF mixing vanes generate the most strong secondary flow vortices which maintain about $35D_h$ after the spacer grid. The streamwise vorticity generated by LSVF sustain two times more than that split mixing vane.
Mirco Grosse;Felix Boldt;Michel Herm;Conrado Roessger;Juri Stuckert;Sarah Weick;Daniel Nahm
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.824-831
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2024
In order to investigate the occurring processes during long-term dry storage of spent fuel assemblies, a joined project called SPIZWURZ, between the Karlsruhe Institute of Technology and the Gesellschaft für Anlagen-und Reaktorsicherheit (GRS), was started. Aim of the SPIZWURZ project is the determination and quantification of the influence of texture and elastic strain on diffusion and solubility of hydrogen in three different zirconium alloys used in western Europe during a long-term cooling transient (1 K/d) starting at 400 ℃. The strain in the cladding of an irradiated spent fuel rod shall be measured. Models predicting the formation of radial oriented hydrides will be validated, improved, and implemented in the GRS fuel rod performance code TESPA-ROD. This paper describes the SPIZWURZ project and already obtained first results.
In this paper, three power ramp tests performed on high burn-up Re-crystallized Zircaloy2 - UO2 BWR fuel rods (56 to 63 MWd/kgU) within the SCIP project are simulated with METEOR and ALCYONE 3D. Two of the ramp tests are of staircase type up to Linear Heat Rates of 420 and 520 W/cm and with long holding periods. Failure of the 420 W/cm fuel rod was observed after 40 minutes. The third ramp test consisted of a more standard ramp test with a constant power rate of 80 W/cm/min up to 410 W/cm with a short holding time. The tests were first simulated with the METEOR 1D fuel rod code, which gave accurate results in terms of profilometry and fission gas releases. The behaviour of a fuel pellet fragment and of the cladding piece on top of it was then investigated with ALCYONE 3D. The size and the main characteristics of the ridges after base irradiation and power ramp testing were recovered. Finally, the failure criteria validated for PWR conditions and fuel rods with low-to-medium burn-ups were used to analyze the failure probability of the KKL rodlets during ramp testing.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.705-709
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2002
The spacer grids in nuclear fuel assembly locate and align the fuel rods with respect to each other. They provide axial and lateral restraint against an excessive rod motion mainly caused by coolant flow. It is understood that each rod Is supported by multiple spacer grid. In such a case, it is important to determine spacer grid span so as to avoid resonance between the natural frequency of the fuel rods and excitation frequency. Actually dynamic characteristics of the fuel rods can be improved by assigning adequate spacer grid locations. When a dynamic performance of the structure is to be improved, design sensitivity analysis plays an important role as like many structural redesign problems. In this work, a shape design concept, different from conventional design, was applied to the problem. According to the theory shape can be a design parameter and optimal shape design can be found. This study concentrates on eigenvalue design sensitivity of the fuel rod supported by multiple spacer grids to determine optimal spacer grids positions.
This paper proposes an approximated contact force model to identify the nonlinear behavior of a fuel rod with gap supports; also, the numerical prediction of interfacial forces in the mechanical contact of fuel rods with gap supports is studied. The Newmark integration method requires the current status of the contact force, but the contact force is not given a priori. Taylor's expansion can be used to predict the unknown contact force; therefore, it should be guaranteed that the first derivative of the contact force is continuous. This work proposes a continuous and differentiable contact force model with the ability to estimate the current state of the contact force. An approximated convex and differentiable potential function for the contact force is described, and a variational formulation is also provided. A numerical example that considers the particularly stiff supports has been studied, and a fuel rod with hardening supports was also examined for a realistic simulation. An approximated proper solution can be obtained using the results, and abrupt changes from the contacting state to non-contacting state, or vice versa, can be relieved. It can also be seen that not only the external force but also the developed contact force affects the response.
The Leaking Fuel Experiment test facility was designed to simulate the activity release from spent leaking fuel rods under steady state and transient conditions in the spent fuel pool. The experimental rig included an electrically heated fuel rod with different defects and a cooling system. The fission product transport was simulated by potassium-chloride. The conductivity changes of the water in the cooling system were measured to provide information about the amount of released solution. Defects of different sizes and positions were applied, together with a wide range of rod powers to simulate decay heat. The produced data can be used for predicting the activity release from leaking fuel under storage conditions and for the interpretation of fuel examination procedures.
Cladding failure in a fuel rod during operation in a BWR is analyzed using a FALCON code-based model. Comparative calculation with a neighbouring, intact rod is presented, as well. A considerable 'hot spot' effect in cladding temperature is predicted with the SLICE-DO model due to a thermal barrier caused by the localized crud deposition. Particularly significant overheating is expected to occur on the affected side of the cladding of the failed rod, in agreement with signs of significant localized crud deposition as revealed by Post Irradiation Examination. Different possibilities (criteria) are checked, and Pellet-Cladding Mechanical Interaction (PCMI) is shown to be one of the plausible potential threats. It is shown that PCMI could lead to discernible concentrated inelastic deformation in the overheated part of the cladding. None of the specific mechanisms considered can be experimentally or analytically identified as an only cause of the rod failure. However, according to the current calculation, a possibility of cladding failure by PCMI cannot be excluded if the crud thickness exceeded 300 ㎛.
A methodology for evaluation of mechanical and thermal effects of localized non-axisymmetric oxidation in zircaloy claddings on LWR fuel reliability is proposed. To this end, the basic capabilities of the FALCON fuel behaviour code are used. Examples of methodology application to adjustment of selected operational limits for modern BWR fuel rods, to capture effects of the excess local oxidation, are presented. Specifically, the limiting rod internal pressure for the onset of cladding lift-off is reduced, depending on initial excess oxidation spot sizes. Also, the power limits for Anticipated Operational Occurrences are adjusted, to preclude fuel melting and cladding failure due to PCMI and PCI-SCC in the affected fuel rods.
Dual-cooled fuel with inner and outer flow channel was proposed for high burup, next generation nuclear fuel design. The annular cylinder of dual cooled fuel has higher structural strength compared to the conventional one, but also have concerns about flow induced vibration due to an additional flow of inner channel and the difference of flow velocity in between inner and outer channel. In this study, the dynamic stability of flexible, annular cylinder was evaluated according to the flow variation and compared to the that of the conventional PWR fuel rod. Centrifugal and Coriolis force by the additional flow in the inner channel were added in the dynamic equation of flexible beam in uniform, external, and axial flow. Complex eigenfrequency was calculated by the finite element method. Stability margin of annular cylinder compared to the solid cylinder and change of the dynamic characteristic are presented and discussed as a analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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