Seo, Ho-Young;Kim, Jong-Kyu;Kang, Yong-Heack;Kim, Yong-Chan
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2007.06a
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pp.676-679
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2007
This paper describes an experiment facility to measure the circulation characteristics of a water/steam receiver at various heat fluxes. The natural circulation type receiver was considered in this study. The experiment facility was designed to satisfy circulation balance with an appropriate scale down. As a result, riser tube inner diameter was 7.4 mm and water circulation was 0.319 kg/s. Downcomer tube inner diameter by circulation balance was 9.52 mm and the quality was from 0 to 0.23.
Grazevicius, Audrius;Seporaitis, Marijus;Valincius, Mindaugas;Kaliatka, Algirdas
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.8
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pp.3166-3175
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2022
The most numerical investigations of the thermal-hydraulic phenomena following the loss of the residual heat removal capability during the mid-loop operation of the pressurized water reactor were performed according to simplifications and are not sufficiently accurate. To perform more accurate and more reliable predictions of thermal-hydraulic accidents in a nuclear power plant using computational fluid dynamics codes, a more detailed methodology is needed. Modelling results identified that thermal stratification and natural convection are observed. Temperatures of lower monitoring points remain low, while temperatures of upper monitoring points increase over time. The water in the heated region, in the upper unheated region and the pipe region was well mixed due to natural convection, meanwhile, there is no natural convection in the lower unheated region. Water temperature in the pipe region increased after a certain time delay due to circulation of flow induced by natural convection in the heated and upper unheated regions. The modelling results correspond to the experimental data. The developed computational fluid dynamics methodology could be applied for modelling of two-component single/two-phase natural convection and thermal stratification phenomena during the mid-loop operation of the pressurized water reactor or other nuclear and non-nuclear installations at similar conditions.
Sun Taek Lim;Koung Moon Kim;Jun-young Kang;Taewan Kim;Dong-Wook Jerng;Ho Seon Ahn
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.10
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pp.4077-4086
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2024
The natural circulation system has been widely studied for use in various applications because of its inherent advantage. However, it has a key weakness called flow instability that makes the system unstable. Through massive previous research, the mechanisms of flow instability were analyzed, but there was an ambiguous aspect related to the effect of experimental parameters on the phenomenon. Particularly, there has been no report on the heat transfer performance of the system when flow instability phenomena were present. In this study, thermal-hydraulic phenomena of a two-phase natural circulation system that functions as a passive containment cooling system (PCCS) was investigated according to experimental parameters, namely, the temperature boundary (120-158 ℃) and exit loss coefficient (0-34.5) under atmospheric pressure conditions. The experimental results showed five different flow types in the loop. The flow modes that occurred by the interaction between flashing and boiling were classified by referring to the mass flow rate, void fraction, and visualization data. The system was more unstable when the temperature boundary conditions increased, but it was more stable when the exit loss coefficient increased. These results have only been confirmed in our research. The reason for the results is that the flow conditions are located on the boundary between Density Wave Oscillation I and the stable flow region, and that boundary does not have clear criteria. In addition, comparing the heat transfer performance of a system by heat rate can confirm the effect of flow instability on the thermal performance of the passive cooling system. As a result, the high exit loss coefficient stabilizes the system better than the low case and has similar heat removal performance.
The objective of the paper is to analyze the thermally induced density wave oscillations in water cooled boiling water reactors. A transient thermal hydraulic model is developed with a characteristics-based implicit finite-difference scheme to solve the nonlinear mass, momentum and energy conservation equations in a time-domain. A two-phase flow was simulated with a one-dimensional homogeneous equilibrium model. The model treats the boundary conditions naturally and takes into account the compressibility effect of the two-phase flow. The axial variation of the heat flux profile can also be handled with the model. Unlike the method of characteristics analysis, the present numerical model is computationally inexpensive in terms of time and works in a Eulerian coordinate system without the loss of accuracy. The model was validated against available benchmarks. The model was extended for the purpose of studying the flow-induced density wave oscillations in forced circulation and natural circulation boiling water reactors. Various parametric studies were undertaken to evaluate the model's performance under different operating conditions. Marginal stability boundaries were drawn for type-I and type-II instabilities in a dimensionless parameter space. The significance of adiabatic riser sections in different boiling reactors was analyzed in detail. The effect of the axial heat flux profile was also investigated for different boiling reactors.
Wu, Xiangcheng;Yan, Changqi;Meng, Zhaoming;Chen, Kailun;Song, Shaochuang;Yang, Zonghao;Yu, Jie
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.6
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pp.1321-1329
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2016
To get an insight into the operating characteristics of the passive residual heat removal system of molten salt reactors, a two-phase natural circulation test facility was constructed. The system consists of a boiling loop absorbing the heat from the drain tank, a condensing loop consuming the heat, and a steam drum. A steady-state experiment was carried out, in which the thimble temperature ranged from $450^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$ and the system pressure was controlled at levels below 150 kPa. When reaching a steady state, the system was operated under saturated conditions. Some important parameters, including heat power, system resistance, and water level in the steam drum and water tank were investigated. The experimental results showed that the natural circulation system is feasible in removing the decay heat, even though some fluctuations may occur in the operation. The uneven temperature distribution in the water tank may be inevitable because convection occurs on the outside of the condensing tube besides boiling with decreasing the decay power. The instabilities in the natural circulation loop are sensitive to heat flux and system resistance rather than the water level in the steam drum and water tank. RELAP5 code shows reasonable results compared with experimental data.
Sun, Jianchuang;Deng, Jian;Ran, Xu;Cao, Xiaxin;Fan, Guangming;Ding, Ming
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.11
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pp.3635-3642
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2021
Natural circulation systems (NCSs) are extensively applied in nuclear power plants because of their simplicity and inherent safety features. For some passive natural circulation systems in floating nuclear power plants (FNPPs), the ocean is commonly used as the heat sink. Condensation induced water hammer (CIWH) events may appear as the steam directly contacts the subcooled seawater, which seriously threatens the safe operation and integrity of the NCSs. Nevertheless, the research on the formation mechanisms of CIWH is insufficient, especially in NCSs. In this paper, the characteristics of flow rate and fluid temperature are emphatically analyzed. Then the formation types of CIWH are identified by visualization method. The experimental results reveal that due to the different size and formation periods of steam slugs, the flow rate presents continuous and irregular oscillation. The fluid in the horizontal hot pipe section near the water tank is always subcooled due to the reverse flow phenomenon. Moreover, the transition from stratified flow to slug flow can cause CIWH and enhance flow instability. Three types of formation mechanisms of CIWH, including the Kelvin-Helmholtz instability, the interaction of solitary wave and interface wave, and the pressure wave induced by CIWH, are obtained by identifying 67 CIWH events.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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