The Molten Salt Reactor (MSR), one of the six advanced reactor types of the 4th generation nuclear energy systems, has many impressive features including economic advantages, inherent safety and nuclear non-proliferation. This paper introduces a system analysis code named TREND, which is developed and used for the steady and transient simulation of MSRs. The TREND code calculates the distributions of pressure, velocity and temperature of single-phase flows by solving the conservation equations of mass, momentum and energy, along with a fluid state equation. Heat structures coupled with the fluid dynamics model is sufficient to meet the demands of modeling MSR system-level thermal-hydraulics. The core power is based on the point reactor neutron kinetics model calculated by the typical Runge-Kutta method. An incremental PID controller is inserted to adjust the operation behaviors. The verification and validation of the TREND code have been carried out in two aspects: detailed code-to-code comparison with established thermal-hydraulic system codes such as RELAP5, and validation with the experimental data from MSRE and the CIET facility (the University of California, Berkeley's Compact Integral Effects Test facility).The results indicate that TREND can be used in analyzing the transient behaviors of MSRs and will be improved by validating with more experimental results with the support of SINAP.
Computational models for analyzing the in-reactor behavior of metallic fuel pins under transient conditions in liquid-metal reactors are developed and implemented in the TRAMAC (TRAnsient thermo-Mechanical Analysis Code) for a metal fuel rod under transient operation conditions. Not only the basic models for a fuel rod performance but also some sub-models used for transient condition are installed in TRAMAC. Among the models, a fission gas release model, which takes the multi-bubble size distribution into account to characterize the lenticular bubble shape and the saturation condition on the grain boundary and the cladding deformation model have been developed based mainly on the existing models in the MAC-SIS code. Finally, cladding strains are calculated from the amount of thermal creep, irradiation creep, and irradiation swelling. The cladding strain model in TRAMAC predicts well the absolute magnitudes and gen-eral trends of their predictions compared with those of experimental data. TRAMAC results for the FH-1,2,6 pins are more conservative than experimental data and relatively reasonable than those of FPIN2 code. From the calculation results of TRAMAC, it is apparent that the code is capable of predicting fission gas release, and cladding deformation for LMR metal fuel finder transient operation conditions. The results show that in general, the predictions of TRAMAC agree well with the available irradiation data.
In this paper, we analyze the thermal deformation of mask frame assembly using finite element method(FEM) and predict the beam landing shift during tube operation. For realistic analysis, the apparent thermal conductivity and the apparent elastic modulus are calculated and the shadow mask is modeled as shell without aperatures. Also, all parts inside the tube are modeled and the each radiative effect is considered. Then the finite element analysis is performed for transient thermo-elastic deformation of the mask frame assembly and the beam landing shift is calculated. Experiments are eprformed for 17" cathode ray tube (CRT) to validate the FEM analysis. The temperatures of all parts inside the tube and beam landing shift on the panel are measured and the results are discussed in comparison with the results of the FEM analysis.ysis.
This paper presents a transient heat transfer analysis of a drum brake shape. The transient heat transfer analysis of automotive drum brakes with frictional contact is performed by using the finite element method. The drum brake type studied in the page is the internally expanding one in which two shoes fitted externally with frictional material are forced outward against surface a rotating drum on the wheel unit. In this case, the braking power is produced by the friction force between a drum and a lining, and is converted into heat. The brake drum has constant material properties. The air inside the drum has temperature-dependent thermal conductivity and enthalpy. Radiation effects are ignored. The result explains the reason why hair crack and cause of drum failure occur. The temperature of drum is in proportion to the drum thickness and nonlinear changes at every points of drum. It's necessary for the decrease of the drum temperature to make the air inside drum flow.
This paper proposes a nonlinear computational modeling approach for the behaviors of structural systems subjected to fire. The proposed modeling approach consists of fire dynamics analysis, nonlinear transient-heat transfer analysis for predicting thermal distributions, and thermomechanical analysis for structural behaviors. For concretes, transient heat formulations are written considering temperature dependent heat conduction and specific heat capacity and included within the thermomechanical analyses. Also, temperature dependent stress-strain behaviors including compression hardening and tension softening effects are implemented within the analyses. The proposed modeling technique for transient heat and thermomechanical analyses is first validated with experimental data of reinforced concrete (RC) beams subjected to high temperatures, and then applied to a bridge model. The bridge model is generated to simulate the fire incident occurred by a gas truck on April 29, 2007 in Oakland California, USA. From the simulation, not only temperature distributions and deformations of the bridge can be found, but critical locations and time frame where collapse occurs can be predicted. The analytical results from the simulation are qualitatively compared with the real incident and show good agreements.
Small nuclear reactor features higher power capacity, longer operation life than conventional power sources. It could be an ideal alternative of existing power source applied for special equipment for terrestrial or underwater missions. In this paper, a 25kWe heat pipe cooled reactor power source applied for multiple use is preliminary designed. Based on the design, a thermal-hydraulic analysis code for heat pipe cooled reactor is developed to analyze steady and transient performance of the designed nuclear reactor. For reactor design, UN fuel with 65% enrichment and potassium heat pipes are adopted in the reactor core. Tungsten and LiH are adopted as radiation shield on both sides of the reactor core. The reactor is controlled by 6 control drums with B4C neutron absorbers. Thermoelectric generator (TEG) converts fission heat into electricity. Cooling water removes waste heat out of the reactor. The thermal-hydraulic characteristics of heat pipes are simulated using thermal resistance network method. Thermal parameters of steady and transient conditions, such as the temperature distribution of every key components are obtained. Then the postulated reactor accidents for heat pipe cooled reactor, including power variation, single heat pipe failure and cooling channel blockage, are analyzed and evaluated. Results show that all the designed parameters satisfy the safety requirements. This work could provide reference to the design and application of the heat pipe cooled nuclear power source.
In order to protect lives and prevent large-scale injuries in the event of a fire on a ship or an offshore plant, most classification societies are strengthening their fire resistance designs of relevant cargo holds and accommodation compartments to keep flames from being transferred from a fire point to other compartments. Particularly in critical compartments, where flames should not propagate for a certain period of time, such as the A60 class division, both the airtightness and fire-resistant design of a piece passing through a bulkhead are subject to the Safety of Life at Sea Convention (SOLAS) issued by the International Maritime Organization (IMO). In order to verify the suitability of a fire-resistant design for such a penetrating piece, the fire test procedure prescribed by the Maritime Safety Committee (MSC) must be carried out. However, a numerical simulation should first be conducted to minimize the time and cost of the fire resistance test. In this study, transient thermal analyses based on the finite element method were applied to investigate the heat transfer characteristics of a bulkhead penetration piece for the A60 class compartment. In order to determine a rational bulkhead penetration piece design, the transient heat transfer characteristics according to the variation of design parameters such as the diameter, length, and material were reviewed. The verification of the design specification based on a numerical analysis of the transient heat transfer performed in this study will be discussed in the following research paper for the actual fire protection test of the A60 class bulkhead penetration piece.
Two-dimensional and three-dimensional finite element methods have been used to analyze the deformation behavior of a shadow mask due to thermal and tension load. The shadow mask inside the Braun tube of a TV set has numerous slits through which the electron beams are guided to land on the designed phosphor of red, green or blue. Its thermal deformation therefore causes landing shift of the electron beam and results in decolorization of a screen. For the realistic finite element analysis, the effective thermal conductivity and the effective elastic modulus arc calculated, and then the shadow mask is modeled as shell without slits. Next a transient thermal analysis of the shadow mask is performed, wherein thermal radiation is a major heat transfer mechanism. Analysis of the resulting thermal deformation is followed, from which the landing shift of the electron beam is obtained. The present finite element scheme may be efficiently used to reduce thermal deformation of a shadow mask and in developing prototypes of a large screen flat TV.
Ye, Linrong;Yu, Hao;Wang, Mingjun;Wang, Qianglong;Tian, Wenxi;Qiu, Suizheng;Su, G.H.
Nuclear Engineering and Technology
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제54권1호
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pp.97-109
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2022
Multi-dimensional coupling analysis is a research hot spot in nuclear reactor thermal hydraulic study and both the full-scale system transient response and local key three-dimensional thermal hydraulic phenomenon could be obtained simultaneously, which can achieve the balance between efficiency and accuracy in the numerical simulation of nuclear reactor. A one-dimensional to three-dimensional (1D-3D) coupling platform for the nuclear reactor multi-dimensional analysis is developed by XJTU-NuTheL (Nuclear Thermal-hydraulic Laboratory at Xi'an Jiaotong University) based on the CFD code Fluent and system code RELAP5 through the Dynamic Link Library (DLL) technology and Fluent user-defined functions (UDF). In this paper, the International Standard Problem (ISP) No. 43 is selected as the benchmark and the rapid boron dilution transient in the nuclear reactor is studied with the coupling code. The code validation is conducted first and the numerical simulation results show good agreement with the experimental data. The three-dimensional flow and temperature fields in the downcomer are analyzed in detail during the transient scenarios. The strong reverse flow is observed beneath the inlet cold leg, causing the de-borated water slug to mainly diffuse in the circumferential direction. The deviations between the experimental data and the transients predicted by the coupling code are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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