Park, Choon K.;Chul H. Song;Soon Y. Won;Seok Cho;Moon K. Chung
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05b
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pp.61-66
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1996
High pressure. high temperature steam/water blowdown test loop has been constructed. The loop simulates a pressurizer. depressurizalion system and In-Containment Refueling Water Storage Tank (IRWST) with full pressure and temperature conditions. and will be used to generate data for development of an optimal sparser as well as for design of safety/automatic depressurization system. In addition. experiments for reactor safety and pressurizer thermal hydraulics are scheduled. In this paper. general description of the Blowdown and Condensation (B&C) Loop will be given together with the test program.
Fichot, F.;Marchand, O.;Drai, P.;Chatelard, P.;Zabiego, M.;Fleurot, J.
Nuclear Engineering and Technology
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v.38
no.8
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pp.733-752
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2006
Severe accidents in PWRs are characterized by a continuously changing geometry of the core due to chemical reactions, melting and mechanical failure of the rods and other structures. These local variations of the porosity and other parameters lead to multi-dimensionnal flows and heat transfers. In this paper, a comprehensive set of multi-dimensionnal models describing heat transfers, thermal-hydraulics and melt relocation in a reactor vessel is presented. Those models are suitable for the core description during a severe accident transient. A series of applications at the reactor scale shows the benefits of using such models.
STREAM - a lattice transport calculation code with method of characteristics for the purpose of light water reactor analysis - has been developed by the Computational Reactor Physics and Experiment laboratory (CORE) of the Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST). Recently, efforts have been taken to develop a photon module in STREAM to assess photon heating and the influence of gamma photon transport on power distributions, as only neutron transport was considered in previous STREAM versions. A multi-group photon library is produced for STREAM based on the ENDF/B-VII.1 library with the use of the library-processing code NJOY. The developed photon solver for the computation of 2D and 3D distributions of photon flux and energy deposition is based on the method of characteristics like the neutron solver. The photon library and photon module produced and implemented for STREAM are verified on VERA pin and assembly problems by comparison with the Monte Carlo code MCS - also developed at UNIST. A short analysis of the impact of photon transport during depletion and thermal hydraulics feedback is presented for a 2D core also from the VERA benchmark.
Pressing demands of economic competitiveness, the need for large-scale deployment, minimizing the need of human intervention, and experience from the past events and incidents at operating reactors have guided the evolution and innovations in reactor technologies. Indian innovative reactor 'AHWR' is a pressure-tube type natural circulation based boiling water reactor that is designed to meet such requirements, which essentially reflect the needs of next generation reactors. The reactor employs various passive features to prevent and mitigate accidental conditions, like a slightly negative void reactivity coefficient, passive poison injection to scram the reactor in event of failure of the wired shutdown systems, a large elevated pool of water as a heat sink inside the containment, passive decay heat removal based on natural circulation and passive valves, passive ECC injection, etc. It is designed to meet the fundamental safety requirements of safe shutdown, safe decay heat removal and confinement of activity with no impact in public domain, and hence, no need for emergency planning under all conceivable scenarios. This paper examines the role of the various passive safety systems in prevention and mitigation of severe plant conditions that may arise in event of multiple failures. For the purpose of demonstration of the effectiveness of its passive features, postulated scenarios on the lines of three major severe accidents in the history of nuclear power reactors are considered, namely; the Three Mile Island (TMI), Chernobyl and Fukushima accidents. Severe plant conditions along the lines of these scenarios are postulated to the extent conceivable in the reactor under consideration and analyzed using best estimate system thermal-hydraulics code RELAP5/Mod3.2. It is found that the various passive systems incorporated enable the reactor to tolerate the postulated accident conditions without causing severe plant conditions and core degradation.
The CUPID code is a transient, three-dimensional, two-fluid, thermal-hydraulic code designed for a component-scale analysis of nuclear reactor components. The primary objective of this study is to assess the applicability of CUPID to single-phase turbulent flow analyses of $2{\times}2$ rod bundle subchannel. The bulk velocity at the inlet varies from 1.0 m/s up to 2.0 m/s which is equivalent to the fully turbulent flow with the range of Re=12,500 to 25,000. Adiabatic single-phase flow is assumed. The velocity profile at the exit region is quantitatively compared with both experimental measurement and commercial CFD tool. Three different boundary conditions are simulated and quantitatively compared each other. The calculation results of CUPID code shows a good agreement with the experimental data. It is concluded that the CUPID code has capability to reproduce the turbulent flow behavior for the $2{\times}2$ rod bundle geometry.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.18
no.2
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pp.58-74
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2022
Deterministic accident analysis plays a central role in the nuclear power plant (NPP) safety evaluation and licensing process. Traditionally the conservative approach opted for the point kinetics model, expressing the reactor core parameters in the form of reactivity and power tables. However, with the current advances in computational power, high fidelity multi-physics simulations using real-time code coupling, can provide more detailed core behavior and hence more realistic plant's response. This is particularly relevant for transients where the core is undergoing reactivity anomalies and uneven power distributions with strong feedback mechanisms, such as reactivity initiated accidents (RIAs). This work addresses a RIA, specifically a control element assembly (CEA) withdrawal at power, using the multi-physics analysis tool RELAP5/MOD 3.4/3DKIN. The thermal-hydraulics (TH) code, RELAP5, is internally coupled with the nodal kinetics (NK) code, 3DKIN, and both codes exchange relevant data to model the nuclear power plant (NPP) response as the CEA is withdrawn from the core. The coupled model is more representative of the complex interactions between the thermal-hydraulics and neutronics; therefore the results obtained using a multi-physics simulation provide a larger safety margin and hence more operational flexibility compared to those of the point kinetics model reported in the safety analysis report for APR1400. The systems engineering approach is used to guide the development of the work ensuring a systematic and more efficient execution.
This paper proposes the adoption of Monte Carlo perturbation theory to approximate the Jacobian matrix of coupled neutronics/thermal-hydraulics problems. The projected Jacobian is obtained from the eigenvalue decomposition of the fission matrix, and it is adopted to solve the coupled problem via the Newton method. This avoids numerical differentiations commonly adopted in Jacobian-free Newton-Krylov methods that tend to become expensive and inaccurate in the presence of Monte Carlo statistical errors in the residual. The proposed approach is presented and preliminarily demonstrated for a simple two-dimensional pressurized water reactor case study.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.19
no.2
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pp.46-58
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2023
Deterministic safety analysis is a crucial part of safety assessment, particularly when it comes to demonstrating the safety of nuclear power plant designs. The traditional approach to deterministic safety analysis models is to model the nuclear core using point kinetics. However, this simplified approach does not fully reflect the real core behavior with proper moderator and fuel reactivity feedbacks during the transient. The use of Multi-Physics approach allows more precise simulation reflecting the inherent three-dimensionality (3D) of the problem by representing the detailed 3D core, with instantaneous updates of feedback mechanisms due to changes of important reactivity parameters like fuel temperature coefficient (FTC) and moderator temperature coefficient (MTC). This paper addresses a CEA ejection accident at hot full power (HFP), in which the underlying strong and un-symmetric feedback between thermal-hydraulics and reactor kinetics exist. For this purpose, a multi-physics analysis tool has been selected with the nodal kinetics code, 3DKIN, implicitly coupled to the thermal-hydraulic code, RELAP5, for real-time communication and data exchange. This coupled approach enables high fidelity three-dimensional simulation and is therefore especially relevant to reactivity initiated accident (RIA) scenarios and power distribution anomalies with strong feedback mechanisms and/or un-symmetrical characteristics as in the CEA ejection accident. The Systems Engineering approach is employed to provide guidance in developing the work in a systematic and efficient fashion.
A Multiphysics coupling framework, MPCORE, has been developed to analyze safety parameters using the best estimate codes. The framework contains neutron kinetics (NK), thermal hydraulics (TH), and fuel performance (FP) codes to analyze fuel burnup, radial power distribution, and coolant temperature (Tbc). Shuffling and rotation capabilities have been verified on the Watts Bar reactor for three cycles. This study focuses on two coupling approaches for TH and FP modules. The one-way coupling approach involves coupling the FP code with the NK code, providing no data to the TH modules but getting Tbc as boundary condition from TH module. The two-way coupling approach exchanges information from FP to TH modules, so that the simplified heat conduction solver of the TH module is not used. The power profile in both approaches does not differ significantly, but there is an impact on coolant and cladding parameters. The one-way coupling approach tends to over-predict the cladding hydrogen concentration (CHC). This research highlights the difference between one-way and two-way coupling on critical boron concentration, Tbc, CHC, oxide surface temperature, and pellet centerline temperature. Overall, MPCORE framework with two-way coupling provides a more accurate and reliable analysis of safety parameters for nuclear reactors.
The accident at Japan's Fukushima Daiichi nuclear power plant in March 2011, caused by an earthquake and a subsequent tsunami, resulted in a failure of the power systems that are needed to cool the reactors at the plant. The accident progression in the absence of heat removal systems caused Units 1-3 to undergo fuel melting. Containment pressurization and hydrogen explosions ultimately resulted in the escape of radioactivity from reactor containments into the atmosphere and ocean. Problems in containment venting operation, leakage from primary containment boundary to the reactor building, improper functioning of standby gas treatment system (SGTS), unmitigated hydrogen accumulation in the reactor building were identified as some of the reasons those added-up in the severity of the accident. The Fukushima accident not only initiated worldwide demand for installation of adequate control and mitigation measures to minimize the potential source term to the environment but also advocated assessment of the existing mitigation systems performance behavior under a wide range of postulated accident scenarios. The uncertainty in estimating the released fraction of the radionuclides due to the Fukushima accident also underlined the need for comprehensive understanding of fission product behavior as a function of the thermal hydraulic conditions and the type of gaseous, aqueous, and solid materials available for interaction, e.g., gas components, decontamination paint, aerosols, and water pools. In the light of the Fukushima accident, additional experimental needs identified for hydrogen and fission product issues need to be investigated in an integrated and optimized way. Additionally, as more and more passive safety systems, such as passive autocatalytic recombiners and filtered containment venting systems are being retrofitted in current reactors and also planned for future reactors, identified hydrogen and fission product issues will need to be coupled with the operation of passive safety systems in phenomena oriented and coupled effects experiments. In the present paper, potential hydrogen and fission product issues raised by the Fukushima accident are discussed. The discussion focuses on hydrogen and fission product behavior inside nuclear power plant containments under severe accident conditions. The relevant experimental investigations conducted in the technical scale containment THAI (thermal hydraulics, hydrogen, aerosols, and iodine) test facility (9.2 m high, 3.2 m in diameter, and $60m^3$ volume) are discussed in the light of the Fukushima accident.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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