Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.11a
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pp.211-216
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1996
Since the middle of the eighties of this century a research program both for heating reactor and investigation of heating reactor thermal-hydraulics has been carried out in Institute of Nuclear Energy Technology(INET) of Tsinghua university in China. This kind of heating reactor is a light water cooled and integrated natural circulation reactor with low system pressure and low quality at the exit of core. Because of relatively long riser and low system pressure. a little change of the quality at the exit of the core will result in a relatively large variation of void fraction in the riser. Two full scale test loops. HRTL-5 and HRTL-200 simulating the HR-5 and HR-200 heating reactors in geometry and operation parameters respectively, and some test results from the HRTL-200 test facility are shown in this paper. The range of studied system pressure is from 1.0MPa to 4.0MPa, the largest heat flux is about 50 W/cm2, and the quality at the exit of test section is less than 5%.
Alameri, Saeed A.;King, Jeffrey C.;Alkaabi, Ahmed K.;Addad, Yacine
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.2
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pp.248-257
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2020
This study presents an initial design for a novel system consisting in a coupled nuclear reactor and a phase change material-based thermal energy storage (TES) component, which acts as a buffer and regulator of heat transfer between the primary and secondary loops. The goal of this concept is to enhance the capacity factor of nuclear power plants (NPPs) in the case of high integration of renewable energy sources into the electric grid. Hence, this system could support in elevating the economics of NPPs in current competitive markets, especially with subsidized solar and wind energy sources, and relatively low oil and gas prices. Furthermore, utilizing a prismatic-core advanced high temperature reactor (PAHTR) cooled by a molten salt with a high melting point, have the potential in increasing the system efficiency due to its high operating temperature, and providing the baseline requirements for coupling other process heat applications. The present research studies the neutronics and thermal hydraulics (TH) of the PAHTR as well as TH calculations for the TES which consists of 300 blocks with a total heat storage capacity of 150 MWd. SERPENT Monte Carlo and MCNP5 codes carried out the neutronics analysis of the PAHTR which is sized to have a 5-year refueling cycle and rated power of 300 MWth. The PAHTR has 10 metric tons of heavy metal with 19.75 wt% enriched UO2 TRISO fuel, a hot clean excess reactivity and shutdown margin of $33.70 and -$115.68; respectively, negative temperature feedback coefficients, and an axial flux peaking factor of 1.68. Star-CCM + code predicted the correct convective heat transfer coefficient variations for both the reactor and the storage. TH analysis results show that the flow in the primary loop (in the reactor and TES) remains in the developing mixed convection regime while it reaches a fully developed flow in the secondary loop.
When a nuclear reactor with rectangular fuel assemblies runs for a long time, impurities and debris may be taken into coolant channels, which may cause flow blockage, and the blocked fuel assemblies might be destroyed. Therefore, the purpose of this study is to perform a thermal-hydraulic analysis of a rectangular fuel assembly by STAR-CCM+, under the condition of one subchannel with 80% blockage ratio. A rectangular fuel assembly of the International Atomic Energy Agency (IAEA) 10 MW material test reactor (MTR) is chosen. In view of the gasket material taken into the coolant channel is close to the single side of the coolant channel, in the flow blockage accident of the Oak Ridge Research Reactor (ORRR), a new blockage category called single side blockage is attempted. The blockage positions include inlet, middle and outlet, and the blockage is set as a cuboid. It is found by simulations that the blockage redistributes the mass flow rate, and large vortices appear locally. The peak temperature of the cladding is maximum, when the blockage is located at the single side of the coolant channel inlet, and no boiling occurs in all blockage cases. Moreover, as the height of the blockage increases, the damage caused by the blockage increases slightly.
The Molten Salt Reactor (MSR), one of the six advanced reactor types of the 4th generation nuclear energy systems, has many impressive features including economic advantages, inherent safety and nuclear non-proliferation. This paper introduces a system analysis code named TREND, which is developed and used for the steady and transient simulation of MSRs. The TREND code calculates the distributions of pressure, velocity and temperature of single-phase flows by solving the conservation equations of mass, momentum and energy, along with a fluid state equation. Heat structures coupled with the fluid dynamics model is sufficient to meet the demands of modeling MSR system-level thermal-hydraulics. The core power is based on the point reactor neutron kinetics model calculated by the typical Runge-Kutta method. An incremental PID controller is inserted to adjust the operation behaviors. The verification and validation of the TREND code have been carried out in two aspects: detailed code-to-code comparison with established thermal-hydraulic system codes such as RELAP5, and validation with the experimental data from MSRE and the CIET facility (the University of California, Berkeley's Compact Integral Effects Test facility).The results indicate that TREND can be used in analyzing the transient behaviors of MSRs and will be improved by validating with more experimental results with the support of SINAP.
Park, Jin-Ho;Ryu, Jeong-Soo;Sim, Woo-Gun;Kim, Tae-Ryong;Park, Jong-Beom
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.679-686
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2000
Reactor Noise is defined as the fluctuations of measured instrumentation signals during full-power operation of reactor which have informations on reactor system dynamics such as neutron kinetics, thermal-hydraulics, and structural dynamics. Reactor noise analyses of ex-core neutron detector signals have been performed to monitor the vibration modes of reactor internals such as fuel assembly and Core Support Barrel in Yonggwang 3&4 Nuclear Power Plant. A real time mode separation technique have been developed and applied for the analyses. It has been found that the first vibration mode frequency of the fuel assembly was around 2.5 Hz, the beam and shell mode frequencies of CSB(Core Support Barrel) 8 Hz and 14.5 Hz, respectively. Also the analyses data base have been constructed for the continuous monitoring and diagnose of the reactor internals.
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.
Allelein, Hans-Josef;Reinecke, Ernst-Arndt;Belt, Alexander;Broxtermann, Philipp;Kelm, Stephan
Nuclear Engineering and Technology
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v.44
no.3
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pp.249-260
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2012
Main focus of the combined nuclear research activities at Aachen University (RWTH) and the Research Center J$\ddot{u}$lich (J$\ddot{U}$LICH) is the experimental and analytical investigation of containment phenomena and processes. We are deeply convinced that reliable simulations for operation, design basis and beyond-design basis accidents of nuclear power plants need the application of so-called lumped-parameter (LP) based codes as well as computational fluid dynamics (CFD) codes in an indispensable manner. The LP code being used at our institutions is the GRS code COCOSYS and the CFD tool is ANSYS CFX mostly used in German nuclear research. Both codes are applied for safety analyses especially of beyond design accidents. Focal point of the work is containment thermal-hydraulics, but source term relevant investigations for aerosol and iodine behavior are performed as well. To increase the capability of COCOSYS and CFX detailed models for specific features, e.g. recombiner behavior including chimney effect, building condenser, and wall condensation are developed and validated against facilities at different scales. The close connection between analytical and experimental activities is notable and identifying feature of the RWTH/J$\ddot{U}$LICH activities.
Space nuclear reactors are becoming popular in deep space exploration owing to their advantages of high-power density and stability. Following the fourth-generation nuclear reactor technology, a conceptual design of the dual drum-controlled space molten salt reactor (D2-SMSR) is proposed. The reactor concept uses molten salt as fuel and heat pipes for cooling. A new reactivity control strategy that combines control drums and safety drums was adopted. Critical physical characteristics such as neutron energy spectrum, neutron flux distribution, power distribution and burnup depth were calculated. Flow and heat transfer characteristics such as natural convection, velocity and temperature distribution of the D2-SMSR under low gravity conditions were analyzed. The reactivity control effect of the dual-drums strategy was evaluated. Results showed that the D2-SMSR with a fast spectrum could operate for 10 years at the full power of 40 kWth. The D2-SMSR has a high heat transfer coefficient between molten salt and heat pipe, which means that the core has a good heat-exchange performance. The new reactivity control strategy can achieve shutdown with one safety drum or three control drums, ensuring high-security standards. The present study can provide a theoretical reference for the design of space nuclear reactors.
This paper presents a review of small-to-medium-sized, pressurized-water-cooled nuclear power reactors whose major primary coolant systems are integrated into a reactor pressure vessel, the concepts categorized as Integrated Primary System Nuclear Reactors (IPSRs). Typical examples of these proposals of interest in this review are CAREM, SMART, IRIS and IMR, all of which are being aimed at the near term deployment. Emphasis is placed on thermal hydraulic aspects. A brief characterization of the IPSR concepts is made and comparisons of plant key parameters are shown. Discussions will follow for the core cooling under rated power conditions and natural circulation heat removal on the basis of the design data available in the public domain.
Wu Wang;Kaiwen Li;Yuchuan Guo;Conglong Jia;Zeguang Li;Kan Wang
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4685-4694
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2023
The ability to calculate the material density sensitivity coefficients of power with respect to the material density has broad application prospects for accelerating Monte Carlo-Thermal Hydraulics iterations. The second-order material density sensitivity coefficients for the general Monte Carlo score have been derived based on the differential operator sampling method in this paper, and the calculation of the sensitivity coefficients of cell power scores with respect to the material density has been realized in continuous-energy Monte Carlo code RMC. Based on the power-density sensitivity coefficients, the sensitivity coefficients of power scores to some other physical quantities, such as power-boron concentration coefficients and power-temperature coefficients considering only the thermal expansion, were subsequently calculated. The effectiveness of the proposed method is demonstrated in the power-density coefficients problems of the pressurized water reactor (PWR) moderator and the heat pipe reactor (HPR) reflectors. The calculations were carried out using RMC and the ENDF/B-VII.1 neutron nuclear data. It is shown that the calculated sensitivity coefficients can be used to predict the power scores accurately over a wide range of boron concentration of the PWR moderator and a wide range of temperature of HPR reflectors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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