The thermalehydraulic characteristics for the CANadian Deuterium Uranium Flexible (CANFLEX)-burnable poison (BP) fuel channel, which is loaded with a BP at the center ring based on the CANFLEX-RU (recycled uranium) fuel channel, are evaluated and compared with that of standard 37-element and CANFLEX-NU (natural uranium) fuel channels. The distributions of fuel temperature and critical channel power for the CANFLEX-BP fuel channel are calculated using the NUclear Heat Transport CIRcuit Thermohydraulics Analysis Code (NUCIRC) code for various creep rate and burnup. CANFLEX-BP fuel channel has been revealed to have a lower fuel temperature compared with that of a standard 37-element fuel channel, especially for high power channels. The critical channel power of CANFLEX-BP fuel channel has increased by about 10%, relative to that of a standard 37-element fuel channel for 380 channels in a core, and has higher value relative to that of the CANFLEX-NU fuel channel except the channels in the outer core. This study has shown that the use of a BP is feasible to enhance the thermal performance by the axial heat flux distribution, as well as the improvement of the reactor physical safety characteristics, and thus the reactor safety can be improved by the use of BP in a CANDU reactor.
In, W.K.;Shin, C.B.;Park, J.Y.;Oh, D.S.;Lee, C.Y.;Chun, T.H.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2011.05a
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pp.269-274
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2011
A CFD analysis was performed to examine the inner channel blockage of dual-cooled fuel which has being developed for the power uprate of a pressurized water reactor (PWR). The dual-cooled fuel consists of an annular fuel pellet($UO_2$) and dual claddings as well as internal and external cooling channels. The dual-cooled annular fuel is different from a conventional solid 려el by employing an internal cooling channel for each fuel pellet as well as an external cooling channel. One of the key issues is the hypothetical event of inner channel blockage because the inner channel is an isolated flow channel without the coolant mixing between the neighboring flow channels. The inner channel blockage could cause the Departure from Nucleate Boiling (DNB) in the inner channel that eventually causes a fuel failure. This paper presents the CFD simulation of the flow through the side holes of the bottom end plug for the complete entrance blockage of the inner channel. Since the amount of coolant supply to the inner channel depends on largely the pressure loss at the side hole, the pressure loss coefficient of the side hole was estimated by the CFD analysis. The CFD prediction of the loss coefficient showed a reasonable agreement with an experimental data for the complete blockage of both the inner channel entrance and the outer channel. The CFD predictions also showed the decrease of the loss coefficient as the outer channel blockage increases.
The Integral Pressurized Water Reactors (IPWRs) as the innovative advanced and generation-III + reactors are under study and developments in a lot of countries. This paper is aimed at the thermal hydraulic study of the hot and average fuel sub-channel in a Generation III + IPWR by loose external coupling to the neutronic simulation. The power produced in fuel pins is calculated by the neutronic simulation via MCNPX2.6 then fuel and coolant temperature changes along fuel sub-channels evaluated by computational fluid dynamic thermal hydraulic calculation through an iterative coupling. The relative power densities along the fuel pin in hot and average fuel sub-channel are calculated in sixteen equal divisions. The highest centerline temperature of the hottest and the average fuel pin are calculated as 633 K (359.85 ℃) and 596 K (322.85 ℃), respectively. The coolant enters the sub-channel with a temperature of 557.15 K (284 ℃) and leaves the hot sub-channel and the average sub-channel with a temperature of 596 K (322.85 ℃) and 579 K (305.85 ℃), respectively. It is shown that the spacer grids result in the enhancement of turbulence kinetic energy, convection heat transfer coefficient along the fuel sub-channels so that there is an increase in heat transfer coefficient about 40%. The local fuel pin temperature reduction in the place and downstream the space grids due to heat transfer coefficient enhancement is depicted via a graph through six iterations of neutronic and thermal hydraulic coupling calculations. Working in a low fuel temperature and keeping a significant gap below the melting point of fuel, make the IPWR as a safe type of generation -III + nuclear reactor.
A previous study demonstrated that the two-row fuel assembly has much more favorable neutron-physical and thermal-hydraulic behavior than the conventional one-row fuel assemblies. Based on the newly developed two-row fuel assembly, an SCWR core is proposed and analyzed. The performance of the proposed core is investigated with 3-D coupled neutron-physical and thermal-hydraulic calculations. During the coupling procedure, the thermal-hydraulic behavior is analyzed using a sub-channel analysis code and the neutron-physical performance is computed with a 3-D diffusion code. This paper presents the main results achieved thus far related to the distribution of some neutronic and thermal-hydraulic parameters. It shows that with adjustment of the coolant and moderator mass flow in different assemblies, promising neutron-physical and thermal-hydraulic behavior of the SCWR core is achieved. A sensitivity study of the heat transfer correlation is also performed. Since the pin power in fuel assemblies can be non-uniform, a sub-channel analysis is necessary in order to investigate the detailed distribution of thermal-hydraulic parameters in the hottest fuel assembly. The sub-channel analysis is performed based on the bundle averaged parameters obtained with the core analysis. With the sub-channel analysis approach, more precise evaluation of the hot channel factor and maximum cladding surface temperature can be achieved. The difference in the results obtained with both the sub-channel analysis and the fuel assembly homogenized method confirms the importance of the sub-channel analysis.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.05a
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pp.374-379
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1997
The thermal margin of CANDU-6 reactor is estimated by the CCP, which is dependent on fuel channel hydraulics and the CHF of fuel bundle. This paper intents to describe the characteristics of CCP behavior for the CANDU-6 channel in which CANFLEX-NU fuel bundles are assumed to be loaded. Also, it includes the thermal margin evaluation of the CANDU-6 channel loaded with a mixed CANFLEX-NU and 37-element fuel bundles as a simulation of the partial loading of CANFLEX-NU fuel bundle in the CANDU-6 reactor. For the mixed fuel channels, the effects of axial flux distribution(AFD) on CCP were investigated by using the AFD tilted in the downstream. The CCP of CANFLEX-NU fuel bundle was found to be improved by the CHF enhancement, despite of the slight flow decrease, in case of both full and partial loading, compared with those of a standard 37-element fuel bundle.
This paper presents two of the fuel channel designs being considered for the CANDU-SCWR, a pressure-tube type supercritical water cooled reactor. The first is an insulated pressure tube design. The pressure tube is thermally insulated from the hot coolant by a porous ceramic insulator. Each pressure tube is in direct contact with the moderator, which operates at an average temperature of about $80^{\circ}C$. The low temperature allows zirconium alloys to be used. A perforated metal liner protects the insulator from being damaged by the fuel bundles and erosion by the coolant. The coolant pressure is transmitted through the perforated metal liner and insulator and applied directly to the pressure tube. The second is a re-entrant design. The fuel channel consists of two concentric tubes, and a calandria tube that separates them from the moderator. The coolant enters between the annulus of the two concentric fuel channel tubes, then exits the fuel channel through the inner tube, where the fuel bundles reside. The outer tube bears the coolant pressure and its temperature will be the same as the coolant inlet temperature, ${\sim}350^{\circ}C$. Advantages and disadvantages of these designs and the material requirements are discussed.
The feasibility of cooling in a pressurized heavy water reactor after a large break loss-of-coolant accident has been analyzed using Multidimensional Analysis of Reactor Safety-KINS Standard code during the recirculation phase. Through evaluation of sensitivity of the fuel channel temperature to various effective recirculation flow areas, it is determined that proper cooling of the fuel channels in the broken loop is feasible if the effective flow area remains above approximately 70% of the nominal flow area. When the flow area is reduced by more than approximately 25% of the nominal value, however, incipience of boiling is expected, after which the thermal integrity of the fuel channel can be threatened. In addition, if a dramatic reduction of the recirculation flow occurs, excursions and frequent fluctuations of temperature in the fuel channels are likely to be unavoidable, and thus damage to the fuel channels would be anticipated. To resolve this, emergency coolant supply through the newly installed external injection path can be used as one alternative means of cooling, enabling fuel channel integrity to be maintained and permanently preventing severe accident conditions. Thus, the external injection flow required to guarantee fuel channel coolability has been estimated.
When triple flames propagated in a diverging channel, the effects of fuel dilution on the lift-off characteristics of triple flames were investigated. A multi-slot burner was used to stabilize the lift-off flame especially at weak fuel concentration gradients. It was reported that there is a maximum propagation velocity at a critical concentration gradient in an open jet regardless of fuel dilution. The enhancement of a diffusion flame affected to increase the propagation velocity around critical concentration gradients. However, the influence of a confined channel on the structure of triple flames according to fuel dilution needs to be investigated compared with an open jet case. This study aimed to examine the effect of a confined channel on the structure and the propagation velocity of the triple flames according to fuel dilution. Lift-off height and propagation velocity of triple flames were investigated by employing three kinds of fuel compositions diluted by nitrogen (0%, 25%, 50% $N_2$), Fuel dilution reduced the propagation velocity of triple flame in a confined channel mainly due to the decrease of flame temperature in premixed branch. Despite the difference in fuel dilution, the propagation velocity has a maximum value at a specific fuel concentration gradient even though the critical concentration gradient increases with fuel dilution. And the critical concentration gradient in a confined channel is larger than that in an open jet due to enhancement of convective diffusion.
Wolsong NPP are CANDU6 type reactors and there are 4 CANDU6 type reactors in commercial operation. CANDU type reactors require on-power refuelling by two remote controlled F/Ms (Fuelling Machines). Most of channels, fuel bundles are float by channel coolant flow and move toward downstream, however in about 30% of channels the coolant flow are not sufficient enough to carry fuel bundles to downstream. For those channels a special device, FARE (Flow Assist Ram Extension) device, is used to create additional force to push fuel bundles. It has been showing that during fuelling operation of some channels the channel coolant flow rate is reduced below specified limit (80% of normal), and consequently trip alarm signal turns on. This phenomenon occurs on selected channels that are instrumented for the channel flow and required to use the FARE device for refuelling. Hence it is believed that the FARE device causes the problem. It is also suspected that other channels that do not use the FARE device for refuelling might also go into channel flow low state. The analysis revealed that the channel How low occurs as the FARE device is introduced into the core and disappears as the FARE device is removed from the core. This paper presented the FARE device behavior, detailed fuelling operation sequence with the FARE device and effect on channel flow low phenomena. The FARE device components design changes are also suggested, such as increasing the number or now holes in the tube and flow slots in the ring orifice.
Kim, Hyun-Il;Nam, Jin-Hyun;Shin, Dong-Hoon;Chung, Tae-Yong;Kim, Young-Gyu
New & Renewable Energy
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v.3
no.4
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pp.8-15
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2007
Liquid water in flow channel is an important factor that limits the steady and transient performance of PEM fuel cells. A computational fluid dynamics study based on the volume-of-fluid [VOF] multi-phase model was conducted to understand the two-phase flow behavior of liquid water in cathode gas channels. The liquid water transport in $180^{\circ}{\Delta}$ bends was investigated, where the effects of surface characteristics (hydrophilic and hydrophobic surfaces], channel geometries (rectangular and chamfered corners], and air velocity in channel were discussed. The two-phase flow behavior of liquid water with hydrophilic channel surface and that with hydrophobic surface was found very different; liquid water preferentially flows along the corners of flow channel in hydrophilic channels while it flows in rather spherical shape in hydrophobic channels. The results showed that liquid water transport was generally enhanced when hydrophobic channel with rounded corners was used. However, the surface characteristics and channel geometries became less important when air velocity was increased over 10m/s. This study is believed to provide a useful guideline for design optimization of flow patterns or channel configurations of PEM fuel cells.
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