To improve the heat transfer efficiency of the reactor fuel assembly, it is necessary to accurately calculate the two-phase flow boiling characteristics and the critical heat flux (CHF) in the fuel assembly. In this paper, a Eulerian two-fluid model combined with the extended wall boiling model was used to numerically simulate the 5 × 5 fuel rod bundle with spacer grids (four sets of mixing vane grids and four sets of simple support grids without mixing vanes). We calculated and analyzed 11 experimental conditions under different pressure, inlet temperature, and mass flux. After comparing the CHF and the location of departure from the nucleate boiling obtained by the numerical simulation with the experimental results, we confirmed the reliability of computational fluid dynamic analysis for the prediction of the CHF of the rod bundle and the boiling characteristics of the two-phase flow. Subsequently, we analyzed the influence of the spacer grid and mixing vanes on the void fraction, liquid temperature, and secondary flow distribution. The research in this article provides theoretical support for the design of fuel assemblies.
The project for "Development of Advanced Spent Fuel Management Technology" has a plan of a demonstration for the Advanced Management Process in the hot cell of IMEF. The Advanced Management Process are being developed for efficient and safe management of spent fuels. For the demonstration, several devices which are used to safely transport and handle nuclear materials without scattering have been derived by analyzing the Advanced Management Process, object nuclear material and modules of process equipment and performing graphical simulation of transportation/handling by computers. For verification, powder transportation vessel and handling device have been designed and manufactured. And several tests such as transporting, grappling, rotating the vessel have been performed. Also, the design requirements of transportation/handling equipment have been analyzed based on test results and process studies. The developed design requirements in this research will be used as the design data for the Advanced Management Process.
Corrosion of structural materials presents a critical challenge in the use of lead-bismuth eutectic (LBE) as a nuclear coolant in an accelerator-driven system. By forming a protective layer on the steel surfaces, corrosion of steels in LBE cooled reactors can be mitigated. The amount of oxygen concentration required to create a continuous and stable oxide layer on steel surfaces is related to the oxidation process. So far, there is no oxidation experiment in fuel assemblies (FA), let alone specific oxidation detail information. This information can be, however, obtained by numerical simulation. In the present study, a new coupling method is developed to implement a coupling between the oxygen mass transfer model and the commercial computational fluid dynamics (CFD) software ANSYS-CFX. The coupling approach is verified. Using the coupling tool, we study the oxidation process of the FA and investigate the effects of different inlet parameters, such as temperature, flow rate on the mass transfer process.
The conceptual design of the MIT modular pebble bed reactor is described. This reactor plant is a 250 Mwth, 120 Mwe indirect cycle plant that is designed to be deployed in the near term using demonstrated helium system components. The primary system is a conventional pebble bed reactor with a dynamic central column with an outlet temperature of 900 C providing helium to an intermediate helium to helium heat exchanger (IHX). The outlet of the IHX is input to a three shaft horizontal Brayton Cycle power conversion system. The design constraint used in sizing the plant is based on a factory modularity principle which allows the plant to be assembled 'Lego' style instead of constructed piece by piece. This principle employs space frames which contain the power conversion system that permits the Lego-like modules to be shipped by truck or train to sites. This paper also describes the research that has been conducted at MIT since 1998 on fuel modeling, silver leakage from coated fuel particles, dynamic simulation, MCNP reactor physics modeling and air ingress analysis.
The numerical simulation of a 271-rod fuel assembly of nuclear Liquid-Metal Fast Reactor (LMFR) with an infernal blockage has been carried out. Internal blockage within a subassembly is addressed in the safety assessment because it potentially has very serious consequences for the reactor as a whole. Three dimensional calculations were performed using the SABRE4 computer code for the range of blockage positions and sizes to investigate the seriousness and detectability of the internal blockage. The magnitude and location of the peak temperatures together with the temperature distribution at the subassembly exit were calculated in order to look at the potential for damage within the subassembly, and the possibility of blockage detection. The analysis result shows that the 6-subchannel blockage causes large temperature rise within a assembly with practically no change in mixed mean temperature at the assembly exit.
In this paper, McCARD code was verified using various models listed in the NUREG/CR-6361 benchmark guide, which provides specifications for single pin-cells, single assemblies, and the whole core classified depending on the nuclear properties and structural characteristics. McCARD code was verified by comparing its results with those of SCALE code for single pin-cell and single assembly benchmark problems. The difference in the multiplication factor obtained through the two codes did not exceed 90 pcm. The benchmark guide treats a total of 173 whole core experiments. The experiments are categorized as simple lattices, separator plates, reflecting walls, reflecting walls and separator plates, burnable absorber fuel rods, water holes, poison rods, and borated moderator. As a result of numerical simulation using McCARD, the mean value of the multiplication factors is 1.00223 and the standard deviation of the multiplication factors is 285 pcm. The difference between the multiplication factors and the experimental value is in the range of -665 pcm to + 1609 pcm. In addition, statistics of results for experiments categorized by reactor shape, additional structure, burnable poison, etc., are detailed in the main text.
TRISO (Tri-Isotropic)-coated fuel particle is widely applied due to its higher stability at high temperature and its efficient retention capability for fission products in the HTGR (high temperature gas-cooled reactor), one of the highly efficient Generation IV reactors. The typical ball-type TRISO-coated fuel particle with a diameter of about 1 mm is composed of a nuclear fuel particle as a kernel and of outer coating layers. The coating layers consist of a buffer PyC, inner PyC, SiC, and outer PyC layer. In this study, a digital image processing algorithm is proposed to automatically measure the thickness of the coating layers. An FBP (filtered backprojection) algorithm was applied to reconstruct the CT image using virtual X-ray radiographic images for a simulated TRISO-coated fuel particle. The automatic measurement algorithm was developed to measure the coating thickness for the reconstructed image with noises. The boundary lines were automatically detected, then the coating thickness was circularly by the algorithm. The simulation result showed that the measurement error rate was less than 1.4%.
We start to develop a predictable technology for thermal-hydraulic performance of the RMWR core using an advanced numerical simulation technology. As a part of this technology development, we are developing the advanced interface tracking method to improve the conservation of volume of fluid. The present paper describes a part of the development of the twophase flow simulation code TPFIT with the advanced interface tracking method. The numerical results applied to large-scale water-vapor two-phase flow in tight lattice rod bundles are shown and compared with experimental results. In the results of numerical simulation, a tendency of the predicted void fraction distribution in horizontal plane agreed with the measured values obtained by the advanced neutron radiography technique including the bridge formation of the liquid at the position of adjacent fuel rods where an interval is the narrowest.
Lee, Y. O.;C. J. Jeong;K. S. Sim;J. S. Jun;Park, G. S.;Kim, B. G.;Park, J. H.;H. C. Suk
한국원자력학회:학술대회논문집
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한국원자력학회 1995년도 추계학술발표회논문집(1)
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pp.35-40
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1995
Considering the higher discharge burnup, lower channel refuelling rate, lower linear element rating(LER), lower coolant void reactivity and axial power shape, CANFLEX-RU fuel bundle is optimized for CANDU-6 by grading the fissile composition in the ring-wise of the bundle and by applying fuel management scheme appropriately. The fissile composition of the fuel bundle is graded as the recovered uranium (0.9 w/o U-235) in the outer and intermediate elements, depleted Uranium (0.2 w/o U-235) in the center element, natural uranium (0.71 w/o U-235) in the inner elements. Enrichment is not required for these fuel. The fissile composition is optimized by lattice calculation and by time-averaged reactor simulation. CANFLEX-RU optimized for CANDU-6 resulted to be the 15% lower channel refuelling rate, acceptable axial power profile and power envelope, 70% higher discharge burnup, 15% lower LER and not increase coolant void reactivity compared with the 37-element natural uranium bundle for CANDU-6.
In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to determine the fire suppression time for a large number of water mist nozzles in a large fire compartment. Fire simulations were performed using FDS (Fire dynamics simulator) 6.5.2 under the same condition as the test scenario 5 of the International Maritime Organization (IMO) 1165 test protocol. The sensitivities of input parameters including cell size, extinguishing coefficient (EC), droplets per second (DPS), and peak heat release rate (HRR) of fuel were investigated in terms of the normalized HRR and temperature distribution in the compartment. A new method of determining the fire suppression time using FDS simulation was developed, based on the concept of the cut-off time by cut-off value (COV) of the heat release rate per unit volume (HRRPUV) and the cooling time by the HRR cooling time criteria value (CTCV). In addition, a method was developed to determine the average EC value for the simulation input, using the cooling time and cut-off time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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