Shama, Ahmed;Rochman, Dimitri;Pudollek, Susanne;Caruso, Stefano;Pautz, Andreas
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.9
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pp.2816-2829
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2021
Decay heat residuals of spent nuclear fuel (SNF), i.e., the differences between calculations and measurements, were obtained previously for various spent fuel assemblies (SFA) using the Polaris module of the SCALE code system. In this paper, we compare decay heat residuals to their uncertainties, focusing on four PWRs and four BWRs. Uncertainties in nuclear data and model inputs are propagated stochastically through calculations using the SCALE/Sampler super-sequence. Total uncertainties could not explain the residuals of two SFAs measured at GE-Morris. The combined z-scores for all SFAs measured at the Clab facility could explain the resulting deviations. Nuclear-data-related uncertainties contribute more in the high burnup SFAs. Design and operational uncertainties tend to contribute more to the total uncertainties. Assembly burnup is a relevant variable as it correlates significantly with the SNF decay heat. Additionally, burnup uncertainty is a major contributor to decay heat uncertainty, and assumptions relating to these uncertainties are crucial. Propagation of nuclear data and design and operational uncertainties shows that the analyzed assemblies respond similarly with high correlation. The calculated decay heats are highly correlated in the PWRs and BWRs, whereas lower correlations were observed between decay heats of SFAs that differ in their burnups.
Yoon, Han Young;Lee, Jae Ryong;Kim, Hyungrae;Park, Ik Kyu;Song, Chul-Hwa;Cho, Hyoung Kyu;Jeong, Jae Jun
Nuclear Engineering and Technology
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v.46
no.5
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pp.655-666
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2014
The CUPID code has been developed at KAERI for a transient, three-dimensional analysis of a two-phase flow in light water nuclear reactor components. It can provide both a component-scale and a CFD-scale simulation by using a porous media or an open media model for a two-phase flow. In this paper, recent advances in the CUPID code are presented in three sections. First, the domain decomposition parallel method implemented in the CUPID code is described with the parallel efficiency test for multiple processors. Then, the coupling of CUPID-MARS via heat structure is introduced, where CUPID has been coupled with a system-scale thermal-hydraulics code, MARS, through the heat structure. The coupled code has been applied to a multi-scale thermal-hydraulic analysis of a pool mixing test. Finally, CUPID-SG is developed for analyzing two-phase flows in PWR steam generators. Physical models and validation results of CUPID-SG are discussed.
Kim, Y. S.;B. U. Bae;Park, G. C.;K. Y. Sub;Lee, U. C .
Nuclear Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.91-107
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2003
Since DBA(Design Basis Accidents) has been studied rather separately from SA(Severe Accidents) in the conventional nuclear reactor safety analysis, the thermal hydraulics during transition between DBA and SA has not been identified so much as each accident itself. Thus, in this study, the thermal hydraulic behavior from DBA to the commencement of SA has been experimentally and analytically investigated for the long-term cooling phase of LB-LOCA(Large-Break Loss-of-Coolant Accident). Experiments were conducted for both cases of the loop seal open and closed in an integral test loop, named as SNUF (Seoul National University Facility), which was scaled down to l/6.4 in length and 1/178 in area of the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400MWe). The core mixture level was a main measured value since it took major role in the fuel heat-up rate, the location of fuel melting initiation and the channel blockage by melting material during SA. Experimental results were compared to MAAP4.03 to assess its model of calculating the core mixture level. MAAP4.03 overestimates the core two- phase mixture level because sweep-out and spill-over and the measures to simulate the status of loop seal are not included, which is against the conservatism. Thus, it is recommended that MAAP4.03 should be improved to simulate the thermal hydraulic phenomena, such as sweep-out, spill-over and the status of loop seal.
Steam line break accident (SLB) in the nuclear reactor is one of the representative Non-LOCA accidents in which thermal-hydraulics and neutron kinetics are strongly coupled each other. Thus, the multi-scale and multi-physics approach is applied in this study in order to examine a realistic safety margin. An entire reactor coolant system is modelled by system scale node, whereas sub-channel scale resolution is applied for the region of interest such as the reactor core. Fuel performance code is extended to consider full core pin-wise fuel behaviour. The MARU platform is developed for easy integration of the codes to be coupled. An initial stage of the steam line break accident is simulated on the MARU platform. As cold coolant is injected from the cold leg into the reactor pressure vessel, the power increases due to the moderator feedback. Three-dimensional coolant and fuel behaviour are qualitatively visualized for easy comprehension. Moreover, quantitative investigation is added by focusing on the enhancement of safety margin by means of comparing the minimum departure from nucleate boiling ratio (MDNBR). Three factors contributing to the increase of the MDNBR are proposed: Various geometric parameters, realistic power distribution by neutron kinetics code, Radial coolant mixing including sub-channel physics model.
Obaidurrahman, K.;Doshi, J.B.;Jain, R.P.;Jagannathan, V.
Nuclear Engineering and Technology
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v.42
no.3
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pp.259-270
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2010
New generation nuclear reactors are designed using advanced safety analysis methods. A thorough understanding of different interacting physical phenomena is necessary to avoid underestimation and overestimation of consequences of off-normal transients in the reactor safety analysis results. This feature requires a multiphysics reactor simulation model. In this context, a coupled dynamics model based on a multiphysics formulation is developed indigenously for the transient analysis of large pressurized VVER reactors. Major simplifications are employed in the model by making several assumptions based on the physics of individual phenomenon. Space and time grids are optimized to minimize the computational bulk. The capability of the model is demonstrated by solving a series of international (AER) benchmark problems for VVER reactors. The developed model was used to analyze a number of reactivity transients that are likely to occur in VVER reactors.
Hydrogen production facility using very high temperature gas cooled reactor lies in situation of high temperature and corrosion which makes hydrogen release easily. In that case of hydrogen release, there lies a danger of explosion. However, from the point of thermal-hydraulics view, the long distance of them makes lower efficiency result. In this study, therefore, outlines of hydrogen production using nuclear energy are researched. Several methods for analyzing the effects of hydrogen explosion upon high temperature gas cooled reactor are reviewed. Reliability physics model which is appropriate for assessment is used. Using this model, leakage probability, rupture probability and structure failure probability of very high temperature gas cooled reactor are evaluated and classified by detonation volume and distance. Also based on standard safety criteria which is value of $1{\times}10^{-6}$, safety distance between the very high temperature gas cooled reactor and the hydrogen production facility is calculated.
Hossam H. Abdellatif;Palash K. Bhowmik;David Arcilesi;Piyush Sabharwall
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.2375-2387
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2024
The passive safety systems (PSSs) within water-cooled reactors are meticulously engineered to function autonomously, requiring no external power source or manual intervention. They depend exclusively on inherent natural forces and the fundamental principles of reactor physics, such as gravity, natural convection, and phase changes, to manage, alleviate, and avert the release of radioactive materials into the environment during accident scenarios like a loss-of-coolant accident (LOCA). PSSs are already integrated into such operating commercial reactors as the Advanced Pressurized Reactor-1000 MWe (AP1000) and the Water-Water Energetic Reactor-1200 MWe (WWER-1200) are adopted in most of the upcoming small modular reactor (SMR) designs. Examples of water-cooled SMR PSSs are the passive emergency core-cooling system (ECCS), passive containment cooling system (PCCS), and passive decay-heat removal system, the designs of which vary based on reactor system-design requirements. However, understanding the accident-event progression and phases of a LOCA is pivotal for adopting a specific PSS for a new SMR design. This study covers the accident-event progression for direct vessel injection (DVI) small-break loss-of-coolant accident (SB-LOCA), associated physics phenomena, knowledge gaps, and important figures of merit (FOMs) that may need to be evaluated and assessed to validate thermal-hydraulics models with an available experimental dataset to support new SMR design and development.
This paper presents the research activities performed to date for the development of a supercritical pressure water-cooled reactor (SCWR) in Korea. The research areas include a conceptual design of an SCWR with an internal flow recirculation, a reactor core conceptual design, a heat transfer test with supercritical $CO_2$, an adaptation of an existing safety analysis code to the supercritical pressure condition, and an evaluation of candidate materials through a corrosion study. Methods to reduce the cladding temperature are introduced from two different perspectives, namely, thermal-hydraulics and core neutronics. Briefly described are the results of an experiment on the heat transfer at a supercritical pressure, an experiment that is essential for the analysis of the subchannels of fuel assemblies and the analysis of a system safety. An existing system code has been adapted to SCWR conditions, and the process of a first-hand validation is presented. Finally, the corrosion test results of the candidate materials for an SCWR are introduced.
Jongin Yang;Hong Hyun Son;Yong Jae Lee;Doyoung Shin;Taejin Kim;Seong Soo Choi
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.1974-1987
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2023
The load-following operation of small modular reactors (SMRs) requires accurate prediction of transient behaviors that can occur in the balance of plants (BOP) and the nuclear steam supply system (NSSS). However, 1-D thermal-hydraulics analysis codes developed for safety and performance analysis have conventionally excluded the BOP from the simulation by assuming ideal boundary conditions for the main steam and feed water (MS/FW) systems, i.e., an open loop. In this study, we introduced a lumped model of BOP fluid system and coupled it with NSSS without any ideal boundary conditions, i.e., in a closed loop. Various methods for coupling boundary conditions at MS/FW were tested to validate their combination in terms of minimizing numerical instability, which mainly arises from the coupled boundaries. The method exhibiting the best performance was selected and applied to a transient simulation of an integrated NSSS and BOP system of a SMART. For a transient event with core power change of 100-20-100%, the simulation exhibited numerical stability throughout the system without any significant perturbation of thermal-hydraulic parameters. Thus, the introduced boundary-condition coupling method and BOP fluid system model can expectedly be employed for the transient simulation and performance analysis of SMRs requiring daily load-following operations.
At present, most of the widely used system codes for nuclear safety analysis are one-dimensional, which cannot effectively simulate the flow field of the reactor core or other structures. This is true even for the system codes containing three-dimensional modules with limited three-dimensional simulation function such as RELAP-3D. In contrast, the computational fluid dynamics (CFD) codes excel at providing a detailed three-dimensional flow field of the reactor core or other components; however, the computational domain is relatively small and results in the very high computing resource consuming. Therefore, the development of coupling codes, which can make comprehensive use of the advantages of system and CFD codes, has become a research focus. In this paper, a review focus on the researches of coupled CFD and thermal-hydraulic system codes was carried out, which summarized the method of coupling, the data transfer processing between CFD and system codes, and the verification and validation (V&V) of coupled codes. Furthermore, a series of problems associated with the coupling procedure have been identified, which provide the general direction for the development and V&V efforts of coupled codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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