Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.19
no.1
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pp.51-58
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2021
Chemical decontamination of primary systems in a nuclear power plant (NPP) prior to commencing the main decommissioning activities is required to reduce radiation exposure during its process. The entire process is repeated until the desired decontamination factor is obtained. To achieve improved decontamination factors over a shorter time with fewer cycles, the appropriate flow characteristics are required. In addition, to prepare an operating procedure that is adaptable to various conditions and situations, the transient analysis results would be required for operator action and system impact assessment. In this study, the flow characteristics in the steady-state and transient conditions for the chemical decontamination operations of the Kori-1 NPP were analyzed and compared via the MARS-KS code simulation. Loss of residual heat removal (RHR) and steam generator tube rupture (SGTR) simulations were conducted for the postulated abnormal events. Loss of RHR results showed the reactor coolant system (RCS) temperature increase, which can damage the reactor coolant pump (RCP)s by its cavitation. The SGTR results indicated a void formation in the RCS interior by the decrease in pressurizer (PZR) pressure, which can cause surface exposure and tripping of the RCPs unless proper actions are taken before the required pressure limit is achieved.
The increasing interest in the exploration of Mars stimulated the authors to study aerodynamic problems linked to space vehicles. The aim of this paper is to evaluate the aerodynamic effects of a flapped wing in collaborating with parachutes and retro-rockets to reduce velocity and with thrusters to control the spacecraft attitude. 3-D computations on a preliminary configuration of a blunt-cylinder, provided with flapped fins, quantified the beneficial influence of the fins. The present paper is focused on Aerodynamics of a wing section (NACA-0010) provided with a trailing edge flap. The influence of the flap deflection was evaluated by the increments of aerodynamic force and leading edge pitching moment coefficients with respect to the coefficients in clean configuration. The study was carried out by means of two Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) codes (DS2V/3V solving 2-D/3-D flow fields, respectively). A DSMC code is indispensable to simulate complex flow fields on a wing generated by Shock Wave-Shock Wave Interaction (SWSWI) due to the flap deflection. The flap angle has to be a compromise between the aerodynamic effectiveness and the increases of aerodynamic load and heat flux on the wing section lower surface.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.16
no.2
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pp.67-77
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2020
Traditionally nuclear thermal hydraulic and nuclear safety has relied on numerical simulations to predict the system response of a nuclear power plant either under normal operation or accident condition. However, this approach may sometimes be rather time consuming particularly for design and optimization problems. To expedite the decision-making process data-driven models can be used to deduce the statistical relationships between inputs and outputs rather than solving physics-based models. Compared to the traditional approach, data driven models can provide a fast and cost-effective framework to predict the behavior of highly complex and non-linear systems where otherwise great computational efforts would be required. The objective of this work is to develop an AI algorithm to predict the peak fuel cladding temperature as a metric for the successful implementation of FLEX strategies under extended station black out. To achieve this, the model requires to be conditioned using pre-existing database created using the thermal-hydraulic analysis code, MARS-KS. In the development stage, the model hyper-parameters are tuned and optimized using the talos tool.
A combined safety approach, which uses a best-estimate computer code and adopts conservative assumptions for safety systems availability, is developed and applied to the safety margin evaluation for the Loss of Condenser Vacuum (LOCV) of the 1000 MWe Korean Nuclear Power Plant. The Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety-KINS standard (MARS-KS) code is selected as a best-estimate code and the PAPIRUS program is used to obtain different initial operational conditions through random sampling of control variables. During an LOCV event, fuel integrity is not threatened by the increase in Departure from Nuclear Boiling Ratio (DNBR). However, the high pressure in the primary coolant system and the secondary system might affect the system integrity. Thus, the peak pressure becomes a major safety concern. Transient analyses are performed for 124 cases of different initial conditions and the most conservative case, which results in the highest system pressure is selected. It is found the suggested methodology gives similar peak pressures when compared to those predicted from existing methodologies. The proposed approach is expected to minimize the time and efforts required to identify the conservative plant conditions in the existing conservative safety methodologies.
The wall film-wise condensation plays an important role in the heat transfer processes of heat exchangers, refrigerators, and air conditioner. In the field of nuclear engineering, steam condensation is often utilized in safety systems to remove the core decay heat under both transient and accident conditions. In particular, passive containment cooling system (PCCS), are designed to ensure containment safety under severe accident conditions. A computational fluid dynamics (CFD) scale analysis has been conducted to calculate the heat transfer rate of the PCCS. However, despite the increase in computing power, there are challenges in the long-term transient simulation of containment using CFD scale codes. In this study, a heat structure coupling between the CFD and system analysis codes was performed to efficiently analyze PCCS. In addition, the component unstructured program for interfacial dynamics (CUPID) was improved to analyze the condensation behavior of ternary gas mixtures. Thereafter, the condensation heat transfer on the primary side was calculated using the improved CUPID and CFD code, whereas that on the secondary side was simulated using MARS. Both the coupled codes were validated against the CONAN facility database. Finally, conjugate heat transfer simulations with wall condensation in the presence of non-condensable gases were appropriately performed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.12
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pp.877-888
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2022
Recently, as the CAPSTONE, a precursor mission for Lunar Gateway, was launched on a small launch vehicle for the purpose of demonstrating communications and navigation technology in the NRHO, large attention was brought to this event that enabled high-impact deep space mission using dedicated small launch vehicle and small spacecraft. In this study, we introduced the concept of a dual launch operation and examined the capability of the new concept in the exploration of the Moon, Mars and asteroid. It turned out a single launch is sufficient for the lunar low orbit mission up to around 247 kg, and the dual launch option can transport 215 kg and 183 kg to nearby destinations as such as Mars and astroid Apophis respectively.
A high-fidelity numerical analysis methodology was proposed for evaluating the fuel rod cladding integrity of a Prototype Gen IV Sodium Fast Reactor (PGSFR) during normal operation and Design basis events (DBEs). The MARS-LMR code, system transient safety analysis code, was applied to analyze the DBEs. The results of the MARS-LMR code were used as boundary condition for a 3D computational fluid dynamics (CFD) analysis. The peak temperatures considering HCFs satisfied the cladding temperature limit. The temperature and pressure distributions were calculated by ANSYS CFX code, and applied to structural analysis. Structural analysis was performed using ANSYS Mechanical code. The seismic reactivity insertion SSE accident among DBEs had the highest peak cladding temperature and the maximum stress, as the value of 87 MPa. The fuel cladding had over 40 % safety margin, and the strain was below the strain limit. Deformation behavior was elucidated for providing relative coordinate data on each active fuel rod center. Bending deformation resulted in a flower shape, and bowing bundle did not interact with the duct of fuel assemblies. Fuel rod maximum expansion was generated with highest stress. Therefore, it was concluded that the fuel rod cladding of the PGSFR has sufficient structural safety margin during DBEs.
In nuclear thermal-hydraulic system codes, most correlations used for vertical pipes, under downward two-phase flow, have been developed considering small pipes or pool systems. This suggests that there could be uncertainties in applying the correlations to accident scenarios involving large vertical pipes owing to the difference in the characteristics of two-phase flows, or flow conditions, between large and small pipes. In this study, we modified the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety KINS Standard (MARS-KS) code using correlations, such as the drift-flux model and two-phase multiplier, developed in a plant-scale air-inflow experiment conducted for a pipe of diameter 600 mm under downward two-phase flow. The results were then analyzed and compared with those based on previous correlations developed for small pipes and pool conditions. The modified code indicated a good estimation performance in two plant-scale experiments with large pipes. For the siphon-breaking experiment, the maximum errors in water flow for modified and original codes were 2.2% and 30.3%, respectively. For the air-inflow accident experiment, the original code could not predict the trend of frictional pressure gradient in two-phase flow as / increased, while the modified MARS-KS code showed a good estimation performance of the gradient with maximum error of 3.5%.
Wooseong Park;Yong Hwan Yoo;Kyung Jun Kang;Yong Hoon Jeong
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4335-4349
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2023
Nuclear marine propulsion has been emerging as a next generation carbon-free power source, for which proper passive residual heat removal systems (PRHRSs) are needed for long-term safety. In particular, the characteristics of unlimited operation time and compact design are crucial in maritime applications due to the difficulties of safety aids and limited space. Accordingly, a compact and long-term-operable PRHRS has been proposed with the key design concept of using both air cooling and seawater cooling in tandem. To confirm its feasibility, this study conducted system design and a transient analysis in an accident scenario. Design results indicate that seawater cooling can considerably reduce the overall system size, and thus the compact and long-term-operable PRHRS can be realized. Regarding the transient analysis, the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS-KS) code was used to analyze the system behavior under a station blackout condition. Results show that the proposed design can satisfy the design requirements with a sufficient margin: the coolant temperature reached the safe shutdown condition within 36 h, and the maximum cooling rate did not exceed 40 ℃/h. Lastly, it was assessed that both air cooling and seawater cooling are necessary for achieving long-term operation and compact design.
Kim, Eo-Jin;Sohn, Jong-Dae;Yi, Yu;Ogino, Tatsuki;Lee, Joo-Hee;Park, Jae-Woo;Song, Young-Joo
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.28
no.1
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pp.17-26
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2011
Bow shock, formed by the interaction between the solar wind and a planet, is generated in different patterns depending on the conditions of the planet. In the case of the earth, its own strong magnetic field plays a critical role in determining the position of the bow shock. However, in the case of Mars of which has very a small intrinsic magnetic field, the bow shock is formed by the direct interaction between the solar wind and the Martian ionosphere. It is known that the position of the Martian bow shock is affected by the mass loading-effect by which the supersonic solar wind velocity becomes subsonic as the heavy ions originating from the planet are loaded on the solar wind. We simulated the Martian magnetosphere depending on the changes of the density and velocity of the solar wind by using the three-dimensional magnetohydrodynamic model built by modifying the comet code that includes the mass loading effect. The Martian exosphere model of was employed as the Martian atmosphere model, and only the photoionization by the solar radiation was considered in the ionization process of the neutral atmosphere. In the simulation result under the normal solar wind conditions, the Martian bow shock position in the subsolar point direction was consistent with the result of the previous studies. The three-dimensional simulation results produced by varying the solar wind density and velocity were all included in the range of the Martian bow shock position observed by Mariner 4, Mars 2, 3, 5, and Phobos 2. Additionally, the simulation result also showed that the change of the solar wind density had a greater effect on the Martian bow shock position than the change of the solar wind velocity. Our result may be useful in analyzing the future observation data by Martian probes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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