An influence analysis on multiple steam generator tube rupture (mSGTR) followed by an unmitigated station blackout is performed to compare the plant responses according to the number of ruptured u-tubes under the assumption of a total of 10 ruptured u-tubes. In all calculation cases, the transient behaviour of major thermal-hydraulic parameters, such as the discharge flow rate through the ruptured u-tubes, reactor header pressure, and void fraction in the fuel channels is found to be overall similar to that of the base case having a single SG with 10 u-tubes ruptured. Additionally, as the conditions of low-flow coolant with high void fraction in the broken loop continued, causing the degradation of decay heat removal, the peak cladding temperature (PCT) would be expected to exceed the limit criteria for ensuring nuclear fuel integrity. However, despite the same total number of ruptured u-tubes, because of the different connection configuration between the SG and pressurizer, a difference is foud in time between the pressurizer low-level signal and reactor header low-pressure signal, affecting the time to trip the reactor and to reach the PCT limit. The present study is expected to provide the technical basis for the accident management strategy for mSGTR transient conditions of CANDU-6 plants.
Kim, Eo-Jin;Sohn, Jong-Dae;Yi, Yu;Ogino, Tatsuki;Lee, Joo-Hee;Park, Jae-Woo;Song, Young-Joo
Journal of Astronomy and Space Sciences
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제28권1호
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pp.17-26
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2011
Bow shock, formed by the interaction between the solar wind and a planet, is generated in different patterns depending on the conditions of the planet. In the case of the earth, its own strong magnetic field plays a critical role in determining the position of the bow shock. However, in the case of Mars of which has very a small intrinsic magnetic field, the bow shock is formed by the direct interaction between the solar wind and the Martian ionosphere. It is known that the position of the Martian bow shock is affected by the mass loading-effect by which the supersonic solar wind velocity becomes subsonic as the heavy ions originating from the planet are loaded on the solar wind. We simulated the Martian magnetosphere depending on the changes of the density and velocity of the solar wind by using the three-dimensional magnetohydrodynamic model built by modifying the comet code that includes the mass loading effect. The Martian exosphere model of was employed as the Martian atmosphere model, and only the photoionization by the solar radiation was considered in the ionization process of the neutral atmosphere. In the simulation result under the normal solar wind conditions, the Martian bow shock position in the subsolar point direction was consistent with the result of the previous studies. The three-dimensional simulation results produced by varying the solar wind density and velocity were all included in the range of the Martian bow shock position observed by Mariner 4, Mars 2, 3, 5, and Phobos 2. Additionally, the simulation result also showed that the change of the solar wind density had a greater effect on the Martian bow shock position than the change of the solar wind velocity. Our result may be useful in analyzing the future observation data by Martian probes.
Various studies on the critical flow models for sub-cooled and/or saturated water were reviewed, especially on Fauske, Moody, and Henry for basic theoretical models; Zaloudek for insight into physical phenomena for a critical flow in an orifice type flow path; Sozzi & Sutherland for a critical flow test of saturated and sub-cooled water at high pressure for orifice and nozzles; and a Marviken test on a full-scale critical flow test. In addition, critical flow tests of sub-cooled water for the break simulators in integral effect test (IET) facilities were also investigated, and a hybrid concept using Moody's and Fauske's models was considered by the authors. In the comparison of the models for the selected test data, discussions of the effect of the diameters, predictions of the critical flow models, and design aspects of break simulator for SBLOCA scenarios in the IET facilities were presented. In the effect of diameter on the critical flow rate with respect to all dimensional scales, it was concluded that the effect of diameter was found irrespective of diameter sizes. In addition, the diameter effect on slip ratio affecting the critical flow rate was suggested. From a comparison of the critical flow models and selected test data, the Henry-Fauske model of the MARS-KS code was found to be the best model predicting the critical flow rate for the selected test data under study.
This paper describes a summary of final prediction results by system-scale safety analysis codes during the OECD/NEA/CSNI ISP-50 exercise, targeting a 50% Direct Vessel Injection (DVI) line break integral effect test performed with the Advanced Thermal-Hydraulic Test Loop for Accident Simulation (ATLAS). This ISP-50 exercise has been performed in two consecutive phases: "blind" and "open" phases. Quantitative comparisons were performed using the Fast Fourier Transform Based Method (FFTBM) to compare the overall accuracy of the collected calculations. Great user effects resulting from the combination of the possible reasons were found in the blind phase, confirming that user effect is still one of the major issues in connection with the system thermal-hydraulic code application. Open calculations showed better prediction accuracy than the blind calculations in terms of average amplitude (AA) value. A total of nineteen organizations from eleven countries participated in this ISP-50 program and eight leading thermal-hydraulic system analysis codes were used: APROS, ATHLET, CATHARE, KORSAR, MARS-KS, RELAP5/MOD3.3, TECH-M-97, and TRACE.
Kim, Yeon-Sik;Yu, Xin-Guo;Kang, Kyoung-Ho;Park, Hyun-Sik;Cho, Seok;Choi, Ki-Yong
Nuclear Engineering and Technology
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제45권2호
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pp.179-190
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2013
A station blackout experiment called SBO-01 was performed at the ATLAS facility. From the SBO-01 test, the station blackout scenario can be characterized into two typical phases: A first phase characterized by decay heat removal through secondary safety valves until the SG dryouts, and a second phase characterized by an energy release through a blowdown of the primary system after the SG dryouts. During the second phase, some physical phenomena of the change over a pressurizer function, i.e., the pressurizer being full before the POSRV $1^{st}$ opening and then its function being taken by the RV, and the termination of normal natural circulation flow were identified. Finally, a core heatup occurred at a low core water level, although under a significant amount of PZR inventory, whose drainage seemed to be hindered owing to the pressurizer function by the RV. The transient of SBO-01 is well reproduced in the calculation using the MARS code.
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.
After Fukushima Dai-ichi NPP accident, the need for implementation of diverse and flexible coping strategies (FLEX) became evident. However, to ensure the effectiveness of the safety strategy, it is essential to quantify the uncertainties associated with the station blackout (SBO) scenario as well as the operator actions. In this paper, a systems engineering approach for uncertainty analysis (UA) of a SBO scenario in advanced pressurized water reactor is performed. MARS-KS is used as a best estimate thermal-hydraulic code and is loosely-coupled with Dakota software which is employed to develop the uncertainty quantification framework. Furthermore, the systems engineering approach is adopted to identify the requirements, functions and physical architecture, and to develop the verification and validation plan. For the preliminary analysis, 13 uncertainty parameters are propagated through the model to evaluate the stability and convergence of the framework. The developed framework will ultimately be used to quantify the aleatory and epistemic uncertainties associated with an extended SBO accident scenario and assess the coping capability of APR1400 and the effectiveness of the implemented FLEX strategies.
Ham, Jaehyun;Cho, Jaehyun;Kim, Jaewhan;Kang, Hyun Gook
Nuclear Engineering and Technology
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제51권2호
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pp.402-409
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2019
When a loss of coolant accident (LOCA) occurs in a nuclear power plant, accident scenarios which can prevent core damage are defined based on break size. Current probabilistic safety assessment evaluates that core damage can be prevented under small-break LOCA (SBLOCA) and steam generator tube rupture (SGTR) with rapid cool down (RCD) strategy when all safety injection systems are unavailable. However, previous research has pointed out a limitation of RCD in terms of initiation time. Therefore, RCD success criteria estimation based on allowable coping time under a SBLOCA or SGTR when all safety injection systems are unavailable was performed based on time-line and thermal-hydraulic analyses. The time line analysis assumed a single emergency operating procedure flow, and the thermal hydraulic analysis utilized MARS-KS code with variables of break size, cooling rate, and operator allowable time. Results show while RCD is possible under SGTR, it is impossible under SBLOCA at the APR1400's current cooling rate limitation of 55 K/hr. A success criteria map for RCD under SBLOCA is suggested without cooling rate limitation.
Bang, Jungjin;Choi, Gi Hyeon;Jerng, Dong-Wook;Bae, Sung-Won;Jang, Sunghyon;Ha, Sang Jun
Nuclear Engineering and Technology
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제54권1호
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pp.152-161
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2022
We analyzed mitigation strategies for steam generator tube rupture (SGTR) accidents using MARS code under both full-power and low-power and shutdown (LPSD) conditions. In general, there are two approaches to mitigating SGTR accidents: supplementing the reactor coolant inventory using safety injection systems and depressurizing the reactor coolant system (RCS) by cooling it down using the intact steam generator. These mitigation strategies were compared from the viewpoint of break flow from the ruptured steam generator tube, the core integrity, and the possibility of the main steam safety valves opening, which is associated with the potential release of radiation. The "cooldown strategy" is recommended for break flow control, whereas the "RCS make-up strategy" is better for RCS inventory control. Under full power, neither mitigation strategy made a significant difference except for on the break flow while, in LPSD modes, the RCS cooldown strategy resulted in lower break and discharge flows, and thus less radiation release. As a result, using the cooldown strategy for an SGTR under LPSD conditions is recommended. These results can be used as a fundamental guide for mitigation strategies for SGTR accidents according to the operational mode.
The CRUD on the fuel cladding under the pressurized water reactor (PWR) operating condition causes several issues. The CRUD can act as thermal resistance and increases the local cladding temperature which accelerate the corrosion process. The hideout of boron inside the CRUD results in axial offset anomaly and reduces the plant's shutdown margin. Recently, there are efforts to revise the acceptance criteria of emergency core cooling systems (ECCS), and additionally require the modeling of the thermal resistance effect of the CRUD during the performance analysis. There is an urgent need for the evaluation of the effect of the CRUD deposition on the cladding heat transfer under PWR operating conditions, but the experimental database is very limited. The experimental facility called DISNY was designed and constructed to analyze the CRUD-related multi-physical phenomena, and the performance analysis of the constructed DISNY facility was conducted. The thermal-hydraulic and water chemistry conditions to simulate the CRUD growth under PWR operating conditions were established. The design characteristics and feasibility of the DISNY facility were validated by the MARS-KS code analysis and separate performance tests. In the current study, detailed design features, design validation results, and future utilization plans of the proposed DISNY facility are presented.
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