An accurate prediction of the pressure drop along the flow paths is crucial in the design of advanced passive systems cooled by heavy liquid metal coolants. To date, a generic pressure drop correlation over spacer grids by Rehme has been applied extensively, which was obtained from substantial experimental data with multiple types of components. However, a few experimental studies have reported that the correlation may give large discrepancies. To provide a more reliable correlation for ring-type spacer grids, the current numerical study aims at figuring out the most critical factor among four hypothetical parameters, namely the flow area blockage ratio, number of fuel rods, type of fluid, and thickness of the spacer grid in the flow direction. Through a set of computational fluid dynamics simulations, we observed that the flow area blockage ratio dominantly influences the pressure loss characteristics, and thus its dependence should be more emphasized, whereas the other parameters have little impact. Hence, we suggest a new correlation for the drag coefficient as CB = Cν,m/ε2.7, where Cν,m is formulated by a nonlinear fit of simulation data such that Cν,m = -11.33 ln(0.02 ln(Reb)).
Kim, Sung Eun;Lee, Young-Ho;Kim, Dae Ho;Kim, Hyun-Gil
Tribology and Lubricants
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v.38
no.4
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pp.136-142
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2022
This paper investigates the enhanced wear performance of a CrAl coated accident tolerant fuel (ATF) cladding. In the wake of the Fukushima accident, extensive research on ATF with respect to improving the oxidation resistance of cladding materials is ongoing. Since coated Zr claddings can be applied without major changes to the criteria for reactor core design, many researchers are studying coatings for claddings. To improve the quality of the CrAl coating layer, optimization of the manufacturing process is imperative. This study employs arc ion plating to obtain improved CrAl coated claddings using CrAl binary alloy targets through an improved coating method. Surface roughness and adhesion are improved, and droplets are reduced. Furthermore, the coated layer has a dense and fine microstructure. In scratch tests, all the tested CrAl coated claddings exhibit a superior resistance compared to the Zr cladding. In a fretting wear test, the wear volume of the CrAl coated claddings is smaller compared to the Zr cladding. Furthermore, the coated cladding manufactured through the improved process exhibits better wear resistance than other CrAl coated claddings. Based on these results, we suggest that fine microstructure is attributed to a mechanically and microstructurally robust CrAl coating layer, which enhances wear resistance.
Lee, Sung Myung;Eo, Min Hun;Kim, Seung Hyun;Jang, Kye Hwan
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.3
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pp.107-113
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2015
The goal of this paper is to investigate structural integrity factors of RMI(reflective metal insulation) to confirm the design requirements in nuclear power plant. Currently, a glass wool insulation is using now, but it will gradually be replaced with the reflective metal insulation maded by stainless steel plates. The main function of an insulation is to minimize a heat loss of vessel and pipes in RCS(reactor coolant system). It has to maintain structural a integrity in nuclear power plant life duration. In this study, the structural integrity analysis was carried out both multi-plate and outer shell plate by using a static analysis and experimental test. First, inner multi-plate has a self support structure for being air space. Because the effect of total static weight in multi-layer plate is low, a plate collapse possibility is not high. Considering optimum thin plate pressing process, it has to pre-check the basic physical properties. Second, the outer segment thickness and stiffener shape are verified by the numerical static analysis, and sample test for both type of panel and cylindrical pipe model.
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.
The CO reduction characteristics of hot air stream diluted with exhaust gas in a perfectly stirred reactor (PSR) were investigated numerically. The dilution ratio ($\Omega$), inlet temperature ($T_{in}$), and residence time ($\tau$) were considered as parameters to investigate the effects of those on the emission indices for CO and $CO_2$ (EICO and $EICO_2$). The roles of dominant reactions and the production rates of major species were analyzed. It was found from the EICO trend that the supplied CO in the air stream was consumed. The EICO increased negatively with $T_{in}$ at fixed $\tau$ regardless of $\Omega$. However, the magnitude of EICO and minimum inlet temperature for CO reduction showed complicated trend according to the variation of $\tau$. It was identified that the OH radical, generated from the reactions, $O_2+H{\leftrightarrow}O+OH$ and $2OH{\leftrightarrow}H+H_2O$, affected the CO reduction by the reaction, $CO+OH{\leftrightarrow}H+CO_2$. However, the CO emission ratio increased at sufficiently high inlet temperature range due to the thermal dissociation of $CO_2$.
The flow of cooling water in a passive containment cooling system (PCCS), used to remove heat released in design basis accidents from a concrete containment of light water nuclear power plant, was conducted in order to investigate the thermo-fluid equilibrium among many parallel tubes of PCCS. Numerical simulations of the subcooled boiling flow within a coolant loop of a PCCS, which will be installed in innovative pressurized-water reactor (PWR), were conducted using the commercially available computational fluid dynamics (CFD) software ANSYS-CFX. Shear stress transport (SST) and the RPI model were used for turbulence closure and subcooled flow boiling, respectively. As the first step, the simplified geometry of PCCS with 36 tubes was modeled in order to reduce computational resource. Even and uneven thermal loading conditions were applied at the outer walls of parallel tubes for the simulation of the coolant flow in the PCCS at the initial phase of accident. It was observed that the natural circulation maintained in single-phase for all even and uneven thermal loading cases. For uneven thermal loading cases, coolant velocity in each tube were increased according to the applied heat flux. However, the flows were mixed well in the header and natural circulation of the whole cooling loop was not affected by uneven thermal loading significantly.
When a cold HPSI (High Pressure Safety Injection) fluid associated with a design basis accident, such as LOCA (Loss of Coolant Accident), enters the cold legs of a stagnated primary coolant loop, thermal stratification phenomena may arise due to incomplete mixing. If the stratified flow enters a reactor pressure vessel downcomer, severe thermal stresses are created in a radiation embrittled vessel wall by local overcooling. Previous thermal-mixing analyses have assumed that the thermal stratification phenomena generated in stagnated loop of a partially stagnated collant loop are neutralized in the vessel downcomer by strong flow from unstagnated loop. On the basis of these reasons, this paper presents the thermal-mixing analysis results in order to identify the fact that the cold plume generated in the vessel downcomer due to the thermal stratification phenomena of the stagnated loop is affected by the strong flow of the unstagnated loop.
An experimental study has been performed to investigate the off-take phenomena at the header-feeder systems (horizontal header pipe with multiple feeder branch pipes) in a CANDU (CANadian Deuterium Uranium) reactor with the branch orientation varies ${\pm}36^{\circ}\;or\;{\pm}72^{\circ}$. In order to evaluate the applicability of the conventional correlations used in the safety analysis code, RELAP5-Mod3, the test facility is designed with the 1/2 scale of the. CANDU 6. It was found that the data set for the top, bottom and side branches are in a good agreement with the correlations used. However, for the specific angled branches, ${\pm}36^{\circ}\;and\;{\pm}72^{\circ}$, the onsets of off-take data and quality data showed large deviation with the conventional model inside RELAP5-MOD3. Furthermore, based on the uncertainty analysis, the conventional 2.5 power law needs to be modified. The present experimental data set can be useful for the construction of the general correlation considering the arbitrary branch orientation.
Oh, Yang Gyun;Jeong, Kin Kwon;Lee, Chang Jae;Lee, Yoon Hee;Baek, Seung Min;Lee, Sang Jeong
Nuclear Engineering and Technology
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v.45
no.6
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pp.795-802
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2013
For the improvement of APR1400 Diverse Protection System (DPS) design, the Advanced DPS (ADPS) has recently been developed to enhance the fault tolerance capability of the system. Major fault masking features of the ADPS compared with the APR1400 DPS are the changes to the channel configuration and reactor trip actuation equipment. To minimize the fault occurrences within the ADPS, and to mitigate the consequences of common-cause failures (CCF) within the safety I&C systems, several fault avoidance design features have been applied in the ADPS. The fault avoidance design features include the changes to the system software classification, communication methods, equipment platform, MMI equipment, etc. In addition, the fault detection, location, containment, and recovery processes have been incorporated in the ADPS design. Therefore, it is expected that the ADPS can provide an enhanced fault tolerance capability against the possible faults within the system and its input/output equipment, and the CCF of safety systems.
The events at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station in March 2011 point out, among other matters, that concurrent accidents at multiple units of a site can occur in reality. Although site risk has been deterministically considered to some extent in nuclear power plant siting and design, potential occurrence of multi-unit accident sequences at a site was not investigated in sufficient detail thus far in the nuclear power community. Therefore, there is considerable worldwide interest and research effort directed toward multi-unit site risk assessment, especially in the countries with high-density nuclear-power-plant sites such as Korea. As the technique of probabilistic safety assessment (PSA) has been successfully applied to evaluate the risk associated with operation of nuclear power plants in the past several decades, the PSA having primarily focused on single-unit risks is now being extended to the multi-unit PSA. In this paper we first characterize the site risk with explicit consideration of the risk associated with spent fuel pools as well as the reactor risks. The status of multi-unit risk assessment is discussed next, followed by a description of the emerging issues relevant to the multi-unit risk evaluation from a practical standpoint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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