In view of the complex geometric structure of the rod bundle channel and the limitation of the current CHF visualization experiment technology, it is very difficult to obtain the rod bundle CHF mechanism directly through the phenomenon of the rod bundle CHF visualization experiment. In order to obtain the applicable CHF mechanism assumption for rod bundle channel, firstly, five most representative DNB type round tube CHF mechanistic models are obtained with evaluation and screening. Then these original round tube CHF mechanistic models based on inlet conditions are converted to local conditions and coupled with subchannel analysis code ATHAS. Based on 5 × 5 full-length rod bundle CHF experimental data independently developed by Nuclear Power Institute of China (NPIC), the applicability research of each model for CHF prediction performance in rod bundle channel is carried out, and the commonness and difference of each model are comparatively studied. The CHF mechanism assumption of superheated liquid layer depletion that is most likely to be applicable for the rod bundle channel is selected and two directions that need to be improved are given. This study provides a reference for the development of CHF mechanistic model in rod bundle channel.
For the successful design of nuclear reactor, it is very important to investigate thermal-hydraulic characteristics of fuel rod bundle. Fluid flow and heat transfer in the non-circular cross-section of nuclear fuel rod bundle are different from those found in common circular tube. And complex three dimensional flow including secondary and vortex flow, is formed around the bundles. The purpose of this research is to examine how geometries and flow conditions affect heat transfer in fuel rod bundle. Design data for nuclear fuel rod bundle and structure are surveyed, and $3{\times}3$ sub-channel model is adopted in this study. Computational results are compared with the heat transfer data measured by naphthalene sublimation method, and numerical analysis and evaluation are performed at various design conditions and flow conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.11
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pp.2111-2118
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1992
In this study, an analytic model is developed to predict Nusselt numbers for turbulent flow in a rod bundle. Flow channel area is divided into several element channels, and simple algebraic equations of universal velocity and temperature profiles are integrated over each element channel. The integral equations are then added to yield an analytic expression for the nusselt number of a rod bundle. The analytic model reasonably predicts the available heat transfer data.
Subchannel code is one of the effective simulation tools for thermal-hydraulic analysis in nuclear reactor core. In order to reduce the computational cost and improve the calculation efficiency, empirical correlation of turbulent mixing coefficient is employed to calculate the lateral mixing velocity between adjacent subchannels. However, correlations utilized currently are often fitted from data achieved in central channel of fuel assembly, which would simply neglect the wall effects. In this paper, the CFD approach based on spectral element method is employed to predict turbulent mixing phenomena through gaps in 3 × 3 bare tight lattice rod bundle and investigate the flow pulsation through gaps in different positions. Re = 5000,10000,20500 and P/D = 1.03 and 1.06 have been covered in the simulation cases. With a well verified mesh, lateral velocities at gap center between corner channel and wall channel (W-Co), wall channel and wall channel (W-W), wall channel and center channel (W-C) as well as center channel and center channel (C-C) are collected and compared with each other. The obvious turbulent mixing distributions are presented in the different channels of rod bundle. The peak frequency values at W-Co channel could have about 40%-50% reduction comparing with the C-C channel value and the turbulent mixing coefficient β could decrease around 25%. corrections for β should be performed in subchannel code at wall channel and corner channel for a reasonable prediction result. A preliminary analysis on fluctuation at channel gap has also performed. Eddy cascade should be considered carefully in detailed analysis for fluctuating in rod bundle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.1
s.244
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pp.24-31
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2006
Mixing vanes have been installed in the space grid of nuclear fuel rod bundle to improve turbulent heat transfer. Split mixing vanes induce the vortex flow in the cooling water to swirl in sub-channel of fuel assembly. But, The swirling flow decays rapidly so that the heat transfer enhancing effect limited to short length after the mixing vane. In thi present study, the large scale vortex flow(LSVF) is generated by rearranging the mixing vanes to the coordinated directions. This LSVF mixing vanes generate the most strong secondary flow vortices which maintain about 35 $D_H$ after the spacer grid. The streamwise vorticity generated by LSVF sustain two times more than that split mixing vane. Heat transfer in the rod bundle occurs greatly at the same direction to cross flow, and maximum temperature at the surface of bundle drops about 1.5K
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1545-1551
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1992
This work is concerned with the prediction of turbulent friction factors in rod bundles. In this study, the Law of the Wall is assumed to be valid over the entire flow area. The flow channel is divided into element channels, and the algebraic form of the "Law of the Wall" is integrated over each element channel to yield an analytic expression for the pressure drop in the rod bundle. The method is applied to rod bundles with 1.2
MARS-KS, a domestic regulatory confirmatory code of Republic of Korea, had been developed by integrating RELAP5/MOD2 and COBRA-TF. The integration of COBRA-TF allowed to extend the capability of MARS-KS, limited to one-dimensional analysis, to multi-dimensional analysis. The use of COBRA-TF was mainly focused on subchannel analyses for simulating multi-dimensional behavior within the reactor core. However, this feature has been remained as a legacy without ongoing maintenance. Meanwhile, MARS-KS also includes its own multidimensional component, namely MULTID, which is also feasible to simulate three-dimensional convection and diffusion. The MULTID is capable of modeling the turbulent diffusion using simple mixing length model. The implementation of the turbulent mixing is of importance for analyzing the reactor core where a disturbing cross-sectional structure of rod bundle makes the flow perturbation and corresponding mixing stronger. In addition, the presence of this turbulent behavior allows the secondary transports with net mass exchange between subchannels. However, a series of assessments performed in previous studies revealed that the turbulence model of the MULTID could not simulate the aforementioned effective mixing occurred in the subchannel-scale problems. This is obvious consequence since the physical models of the MULTID neglect the effect of mass transport and thereby, it cannot model the void drift effect and resulting phasic distribution within a bundle. Thus, in this study, the turbulence mixing model of the MULTID has been improved by means of the inter-channel mixing model, widely utilized in subchannel analysis, in order to extend the application of the MULTID to small-scale problems. A series of assessments has been performed against rod bundle experiments, namely GE 3X3 and PSBT, to evaluate the performance of the introduced mixing model. The assessment results revealed that the application of the inter-channel mixing model allowed to enhance the prediction of the MULTID in subchannel scale problems. In addition, it was indicated that the code could not predict appropriate phasic distribution in the rod bundle without the model. Considering that the proper prediction of the phasic distribution is important when considering pin-based and/or assembly-based expressions of the reactor core, the results of this study clearly indicate that the inter-channel mixing model is required for analyzing the rod bundle, appropriately.
We performed experiments to measure a single-phase upward flow in a 5 × 5 rod bundle with spacer grids using a particle image velocimetry, focusing on the crossflow. The Reynolds number based on the hydraulic diameter and the bulk velocity is 10,000. The ratio of pitch between rods and rod diameter is 1.4 and spacer grid is installed periodically. The turbulence in the rod bundle results from the combination of a forced mixing and natural mixing. The forced mixing by the spacer grid persists up to 10Dh from the spacer grid, while the natural mixing is attributed to the crossflow between adjacent subchannels. The combined effects contribute to a sinusoidal distribution of the time-averaged stream-wise velocity along the lateral direction, which is relatively weak right behind the spacer grid as well as in the gap. The streamwise and lateral turbulence intensities are stronger right behind the spacer grid and in the gap. Based on these findings, we newly defined a modified mixing coefficient as the ratio of the lateral turbulence intensity to the time-averaged streamwise velocity, which shows a spatial variation. Finally, we compared the developed model with the measured data, which shows a good agreement with each other.
The common method to improve heat transfer in Nuclear fuel rod bundle is install a mixing vane in space grid. The previous split mixing vane is guides cooling water to swirl flow in sub-channel of fuel assembly. But, this swirl flow decade rapidly after mixing vane and the effect of enhancing the heat transfer vanish behind this short region. The large scale secondary vortex flow was generated by rearranging the inclined angle direction of mixing vanes to the coordinated directions. This LSVF mixing vanes generate the most strong secondary flow vortices which maintain about 35 $D_H$ after the spacer grid and the streamwise vorticity in subchannel with LSVF mixing vane sustain two times more than that in subchannel with split mixing vane. The turbulent kinetic energy and the Reynolds stresses generated by the mixing vanes have nearly same scales but maintain twice more than previous type.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.10
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pp.811-818
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2006
Mixing vanes have been installed in the space grid of nuclear fuel rod bundle to improve turbulent heat transfer. Split mixing vanes induce the vortex flow in the cooling water to swirl in sub-channel of fuel assembly. But, The swirling flow decays rapidly so that the heat transfer enhancing effect limited to short length after the mixing vane. In the present study, the large scale vortex flow (LSVF) is generated by rearranging the mixing vanes to the coordinated directions. This LSVF mixing vanes generate the most strong secondary flow vortices which maintain about $35D_h$ after the spacer grid. The streamwise vorticity generated by LSVF sustain two times more than that split mixing vane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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