Dehjourian, Mehdi;Rahgoshay, Mohammad;Sayareh, Reza;Jahanfarnia, Gholamreza;Shirani, Amir Saied
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.4
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pp.975-981
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2016
The containment response during the first 24 hours of a low-pressure severe accident scenario in a nuclear power plant with a two-loop Westinghouse-type pressurized water reactor was simulated with the CONTAIN 2.0 computer code. The accident considered in this study is a large-break loss-of-coolant accident, which is not successfully mitigated by the action of safety systems. The analysis includes pressure and temperature responses, as well as investigation into the influence of spray on the retention of fission products and the prevention of hydrogen combustion in the containment.
Noori-Kalkhoran, Omid;Shirani, Amir Saied;Ahangari, Rohollah
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.5
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pp.1140-1153
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2016
Since the inception of nuclear power as a commercial energy source, safety has been recognized as a prime consideration in the design, construction, operation, maintenance, and decommissioning of nuclear power plants. The release of radioactivity to the environment requires the failure of multiple safety systems and the breach of three physical barriers: fuel cladding, the reactor cooling system, and containment. In this study, nuclear reactor containment pressurization has been modeled in a large break-loss of coolant accident (LB-LOCA) by programming single-cell and multicell models in MATLAB. First, containment has been considered as a control volume (single-cell model). In addition, spray operation has been added to this model. In the second step, the single-cell model has been developed into a multicell model to consider the effects of the nodalization and spatial location of cells in the containment pressurization in comparison with the single-cell model. In the third step, the accident has been simulated using the CONTAIN 2.0 code. Finally, Bushehr nuclear power plant (BNPP) containment has been considered as a case study. The results of BNPP containment pressurization due to LB-LOCA have been compared between models, final safety analysis report, and CONTAIN code's results.
An experiment using the $Prim{\ddot{a}}rkreisl{\ddot{a}}ufe$ Versuchsanlage (PKL) was performed for the OECD/NEA PKL-3 Project as a counterpart to a previous test with the large-scale test facility (LSTF) on a cold leg smallbreak loss-of-coolant accident with an accident management (AM) measure in a pressurized water reactor. Concerning the AM measure, the rate of steam generator (SG) secondary-side depressurization was controlled to achieve a primary depressurization rate of 200 K/h as a common test condition; however, the onset timings of the SG depressurization were different from each other. In both tests, rapid recovery started in the core collapsed liquid level after loop seal clearing, which caused whole core quench. Some discrepancies appeared between the LSTF and PKL test results for the core collapsed liquid level, the cladding surface temperature, and the primary pressure. The RELAP5/MOD3.3 code predicted the overall trends of the major thermal-hydraulic responses observed in the LSTF test well, and indicated a remaining problem in the prediction of primary coolant distribution. Results of uncertainty analysis for the LSTF test clarified the influences of the combination of multiple uncertain parameters on peak cladding temperature within the defined uncertain ranges.
The Gaussian process model (GPM) is a flexible surrogate model that can be used for nonparametric regression for multivariate problems. A unique feature of the GPM is that a prediction variance is automatically provided with the regression function. In this paper, we estimate the safety margin of a nuclear power plant by performing regression on the output of best-estimate simulations of a large-break loss-of-coolant accident with sampling of safety system configuration, sequence timing, technical specifications, and thermal hydraulic parameter uncertainties. The key aspect of our approach is that the GPM regression is only performed on the dominant input variables, the safety injection flow rate and the delay time for AC powered pumps to start representing sequence timing uncertainty, providing a predictive model for the peak clad temperature during a reflood phase. Other uncertainties are interpreted as contributors to the measurement noise of the code output and are implicitly treated in the GPM in the noise variance term, providing local uncertainty bounds for the peak clad temperature. We discuss the applicability of the foregoing method to reduce the use of conservative assumptions in best estimate plus uncertainty (BEPU) and Level 1 probabilistic safety assessment (PSA) success criteria definitions while dealing with a large number of uncertainties.
The critical flow phenomenon has been studied because of its significant effect for design basis accidents in nuclear power plants. Transition points from thermal non-equilibrium to equilibrium are different according to the geometric effect on the critical flow. This study evaluates the uncertainty parameters of the critical flow model for analysis of DBA (Design Basis Accident) with the MARS-KS (Multi-dimensional Analysis for Reactor Safety-KINS Standard) code used as an independent regulatory assessment. The uncertainty of the critical flow model is represented by three parameters including the thermal non-equilibrium factor, discharge coefficient, and length to diameter (L/D) ratio, and their ranges are determined using large-scale Marviken test data. The uncertainty range of the thermal non-equilibrium factor is updated by the MCDA (Model Calibration through Data Assimilation) method. The updated uncertainty range is confirmed using an LBLOCA (Large Break Loss of Coolant Accident) experiment in the LOFT (Loss of Fluid Test) facility. The uncertainty ranges are also used to calculate an LBLOCA of the APR (Advanced Power Reactor) 1400 NPP (Nuclear Power Plants), focusing on the effect of the PCT (Peak Cladding Temperature). The results reveal that break flow is strongly dependent on the degree of the thermal non-equilibrium state in a ruptured pipe with a small L/D ratio. Moreover, this study provides the method to handle the thermal non-equilibrium factor, discharge coefficient, and length to diameter (L/D) ratio in the system code.
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.
CSPACE (Core meltdown, Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) for a simulation of severe accident progression in a Pressurized Water Reactor (PWR) is developed by coupling of verified system thermal hydraulic code of SPACE (Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) and core damage progression code of COMPASS (Core Meltdown Progression Accident Simulation Software). SPACE is responsible for the description of fluid state in nuclear system nodes, while COMPASS is responsible for the prediction of thermal and mechanical responses of core fuels and reactor vessel heat structures. New heat transfer models to each phase of the fluid, flow blockage, corium behavior in the lower head are added to COMPASS. Then, an interface module for the data transfer between two codes was developed to enable coupling. An implicit coupling scheme of wall heat transfer was applied to prevent fluid temperature oscillation. To validate the performance of newly developed code CSPACE, we analyzed typical severe accident scenarios for OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000), which were initiated from large break loss of coolant accident, small break loss of coolant accident, and station black out accident. The results including thermal hydraulic behavior of RCS, core damage progression, hydrogen generation, corium behavior in the lower head, reactor vessel failure were reasonable and consistent. We demonstrate that CSPACE provides a good platform for the prediction of severe accident progression by detailed review of analysis results and a qualitative comparison with the results of previous MELCOR analysis.
It is difficult to detect a small-scale leakage in a nuclear power plant (NPP) quickly and take appropriate action. Delaying these procedures can have adverse effects on NPPs. In this paper, we propose leak flow rate prediction using the bidirectional gated recurrent unit (Bi-GRU) method to detect leakage quickly and accurately in small-scale leakage situations because large-scale leak rates are known to be predicted accurately. The data were acquired by simulating small loss-of-coolant accidents (LOCA) or small-scale leakage situations using the modular accident analysis program (MAAP) code. In addition, to improve prediction performance, data were collected by distinguishing the break sizes in more detail. In addition, the prediction accuracy was improved by performing both LOCA diagnosis and leak flow rate prediction in small LOCA situations. The prediction model developed using the Bi-GRU showed a superior prediction performance compared with other artificial intelligence methods. Accordingly, the accurate and effective prediction model for small-scale leakage situations proposed herein is expected to support operators in decision-making and taking actions.
Behavior of loop seal formation and clearing during small break loss of coolant accident is investigated using the RELAP5/MOD 2 and /MOD3 codes with the test of SB-CL-18 of the LSIF (Large Scale Test Facility). The present study examines the thermal-hydraulic mechanisms responsible for early core uncovery including the manometric effect due to an asymmetric coolant holdup in the steam generator upflow and downflow side. The analysis with the RELAP5/MOD2 demonstrates the main phenomena occuring in the depressurization transient including the loop seal formation and clearing with sufficient accuracy. Nevertheless, several differences regarding the evolution of phenomena and their timing have been pointed out in かe base calculations. The RELAP5/MOD3 predicts overall phenomena, particularly the steam generator liquid holdup better than the RELAP5/MOD2. The nodalization study in the components of the steam generator U-tubes and the cross-over legs wiか the RELAP5/MOD3 results in good prediction of the loop seal clearing phenomena and their timing.
This paper summarizes the tests performed in the ATLAS facility during its first two years of operation (2007${\sim}$2008). Two categories of tests have been performed successfully: (a) the reflood phase of the large-break loss-of-coolant accidents in a cold leg, and (b) the breaks in one of four direct vessel injection lines. Those tests contributed to understanding the unique thermal-hydraulic behavior, resolving the safety-related concerns and providing an evaluation of the safety analysis codes and methodology for the advanced pressurized water reactor, APR1400. Several important and interesting phenomena have been observed during the tests. In most cases, the ATLAS shows reasonable accident characteristics and conservative results compared with those predicted by one-dimensional safety analysis codes. A wide variety of small-break LOCA tests will be performed in 2009.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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