Small PWR can be used for power generation and heating. Considering that small PWR has the characteristics of flexible operating conditions and complex operating environment, the controller designed based on single power level is difficult to achieve the ideal control of small PWR in the whole range of core power range. To solve this problem, a flexible switching controller based on fuzzy controller and LQG/LTR controller is designed. Firstly, a core fuzzy multi-model suitable for full power range is established. Then, T-S fuzzy rules are designed to realize the flexible switching between fuzzy controller and LQG/LTR controller. Finally, based on the core power feedback principle, the core flexible switching control system of small PWR is established and simulated. The results show that the flexible switching controller can effectively control the core power of small PWR and the control effect has the advantages of both fuzzy controller and LQG/LTR controller.
The small PWR has been paid more and more attention due to its diversity of application and flexibility in the site selection. However, the large core power density, the small containment space and the rapid accident progress characteristics make it difficult to control the containment pressure like the traditional PWR during the LOCA. The pressure suppression system has been used by the BWR since the early design, which is a suitable technique that can be applied to the small PWR. Since the configuration and operating conditions are different from the BWR, the pressure suppression system should be redesigned for the small PWR. Conducting the experiments on the scale down test facility is a good choice to reproduce the prototypical phenomena in the test facility, which is both economical and reasonable. A systematic scaling method referring to the H2TS method was proposed to determine the geometrical and thermohydraulic parameters of the pressure suppression containment response test facility for the small PWR conceptual design. The containment and the pressure suppression system related thermohydraulic phenomena were analyzed with top-down and bottom-up scaling methods. A set of the scaling criteria were obtained, through which the main parameters of the test facility can be determined.
In this study, impacts of an enhanced-moderation Fuel Assembly (FA) named Truly Optimized PWR (TOP) lattice, which is modified based on the standard 17 × 17 PWR FA, are investigated in a natural circulation Soluble-Boron-Free (SBF) Small Modular Reactor (SMR). Two different TOP lattice designs are considered for the analysis; one is with 1.26 cm pin pitch and 0.38 cm fuel pellet radius, and the other is with 1.40 cm pin pitch and 0.41 cm fuel pellet radius. The NuScale core design is utilized as the base model and assumed to be successfully converted to an SBF core. The analysis is performed following the primary coolant circulation loop, and the reactor is modelled as a single channel for thermal-hydraulic analyses. It is assumed that the ratio of the core pressure drop to the total system pressure drop is around 0.3. The results showed that the reactor power could be increased by 2.5% and 9.8% utilizing 1.26/0.38 cm and 1.40/0.41 cm TOP designs, respectively, under the identical coolant inlet and outlet temperatures as the constraints.
Steven Wijaya;Xuan Ha Nguyen;Yunseok Jeong;Yonghee Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제56권3호
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pp.907-915
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2024
Various core designs with multi-batch fuel management (FM) are proposed and optimized for an innovative small modular reactor (iSMR), focusing on enhancing the inherent safety and neutronic performance. To achieve soluble-boron-free (SBF) operation, cylindrical centrally-shielded burnable absorbers (CSBAs) are utilized, reducing the burnup reactivity swing in both two- and three-batch FMs. All 69 fuel assemblies (FAs) are loaded with 2-cylindrical CSBA. Furthermore, the neutron economy is improved by deploying a truly-optimized PWR (TOP) lattice with a smaller fuel radius, optimized for neutron moderation under the SBF condition. The fuel shuffling and CSBA loading patterns are proposed for both 2- and 3-batch FM with the aim to lower the core leakage and achieve favorable power profiles. Numerical results show that both FM configurations achieve a small reactivity swing of about 1000 pcm and the power distributions are within the design criteria. The average discharge burnup in the two-batch core is comparable to three-batch commercial PWR like APR-1400. The proposed checker-board CR pattern with extended fingers effectively assures cold shutdown in the two-batch FM scenario, while in the three-batch FM, three N-1 scenarios are failed. The whole evaluation process is conducted using Monte Carlo Serpent 2 code in conjunction with ENDF/B-VII.1 nuclear library.
New design concept of Reactor Coolant System (RCS) including a reactor assembly for the SMR is introduced in this work. An exploration of new type of reactor that is advanced from proposed SMRs is performed by using systems engineering approach. In this point of view project structured on three main phases; needs analysis (NA), concept exploration (CE), and concept definition (CD). Main objectives as an output of the CE stage are a small size, low cost, shortening the schedule, and enhancing safety. The SMRs usually have a small size requirement. In order to meet the size requirement and to achieve a productivity, in other words, easiness to manufacture, this paper suggests an integrated PWR design concept through researching predecessors. Although the integrated PWR concept provides many advantages, it has disadvantages that composite of maintenance and a low availability problem. Therefore, this paper comes up with a run-to-fail design concept based on modular design to address the maintenance problem and to maximize the availability of SMRs as well as to be compatible with the overall-SMRs including Barge Mounted(BM)type.
Hakim, Arief Rahman;Harto, Andang Widi;Agung, Alexander
Nuclear Engineering and Technology
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제51권1호
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pp.1-12
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2019
One of proposed Accident Tolerant Fuel (ATF) concept is fully ceramic micro-encapsulated fuel (FCMF). FCMF using uranium mononitride (UN) has better safety aspects than $UO_2$ pellet fuel although it might not have a better neutronic performance due to the presence of matrix and high neutron-induced interaction of $^{14}N$. Before implementing UN-FCMF technology in Small-PWR, further research must be taken place to make sure the proposed design of fuel assembly has inherent safety features and maintain the fuel performance. This study focusses on the neutronic analysis of UN-FCMF based fuel assembly using Serpent and SCALE codes. It is shown in the proposed fuel assembly design has inherent safety features with respect to the fuel temperature reactivity coefficient, void reactivity coefficient, and moderator temperature reactivity coefficient. It is noted that the use of FCMF leads to a lower ratio of burnup to $^{235}U$ enrichment ratio compared to the $UO_2/Zr$ fuel.
The coolant temperature feedback coefficient is an important parameter of reactor core power control system. To study the coolant temperature feedback coefficient influence on the core power control system of small PWR, the core power control system is built with the nonlinear model and fuzzy control theory. Then, the uncertainty quantification method of reactor core parameters is established based on the Latin hypercube sampling method and the Bootstrap method. Finally, under the conditions of reactivity step perturbation and coolant inlet temperature step perturbation, uncertainty analysis for two cases is carried out. The result shows that with fuzzy controller and fuzzy PID controller, the uncertainty of the coolant temperature feedback coefficient affects the core power control system, and the maximum uncertainties of core relative power, coolant temperature deviation, fuel temperature deviation and total reactivity are acceptable.
The small modular PWR (SMPWR) usually adopts integral design. Under severe accident, the system responses are different from those large PWRs. It is necessary to study the severe accident behavior of the SMPWR. A MELCOR model is developed for SMPWR and its steady-state results are in good agreement with the design values. Severe accidents induced by secondary pipeline break accidents are simulated, and no pressure relief measures are taken to keep the primary loop under high pressure. The mitigation effects of passive containment air cooling system (PAS) and passive cavity injection system (PCIS) are evaluated under different cases. The results show that under high pressure conditions, PCIS can effectively cool the lower head. The earlier the PCIS operates, the more significant the mitigation effect can be. In addition, PAS can effectively reduce the peak pressure and temperature in the containment. This study can provide a reference for the formulation of severe accident management guidelines on SMPWRs.
A preliminary study of the heterogeneity effect of spent P% fuel in CANDU was made using a reduced spent PWR fuel data base. The instantaneous core simulation has shown that the refueling ripple in the CANDU reactor is large if the spent PWR fuel is directly used. But the fuel heterogeneity effect can be reduced appreciably by blending spent PWR fuel with a small amount of fresh UO$_2$. The refueling simulation has shown that the operating margins of 6.0% and 8.7% are achievable for the peak channel and bundle powers, respectively, with the blended fuel.
Taesuk Oh;Yunseok Jeong;Husam Khalefih;Yonghee Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권6호
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pp.2230-2245
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2023
KANT (KAIST Advanced Nuclear Tachygraphy) is a PWR core simulator recently developed at Korea Advance Institute of Science and Technology, which solves three-dimensional steady-state and transient multigroup neutron diffusion equations under Cartesian geometries alongside the incorporation of thermal-hydraulics feedback effect for multi-physics calculation. It utilizes the standard Nodal Expansion Method (NEM) accelerated with various Coarse Mesh Finite Difference (CMFD) methods for neutronics calculation. For thermal-hydraulics (TH) calculation, a single-phase flow model and a one-dimensional cylindrical fuel rod heat conduction model are employed. The time-dependent neutronics and TH calculations are numerically solved through an implicit Euler scheme, where a detailed coupling strategy is presented in this paper alongside a description of nodal equivalence, macroscopic depletion, and pin power reconstruction. For validation of the steady, transient, and depletion calculation with pin power reconstruction capacity of KANT, solutions for various benchmark problems are presented. The IAEA 3-D PWR and 4-group KOEBERG problems were considered for the steady-state reactor benchmark problem. For transient calculations, LMW (Lagenbuch, Maurer and Werner) LWR and NEACRP 3-D PWR benchmarks were solved, where the latter problem includes thermal-hydraulics feedback. For macroscopic depletion with pin power reconstruction, a small PWR problem modified with KAIST benchmark model was solved. For validation of the multi-physics analysis capability of KANT concerning large-sized PWRs, the BEAVRS Cycle1 benchmark has been considered. It was found that KANT solutions are accurate and consistent compared to other published works.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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