Kim, Hye Jin;Shin, Hyun Young;Pyeon, Cheol Ho;Kim, Sin;Lee, Bongsoo
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1689-1696
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2020
In this study, we developed a fiber-optic humidity sensor (FOHS) system for the monitoring and detection of coolant leakage in nuclear power plants. The FOHS system includes an FOHS, a spectrometer, a halogen white-light source, and a Y-coupler. The FOHS is composed of a humidity-sensing material, a metal tube, a multi-mode plastic optical fiber, and a subminiature version A (SMA) fiber-optic connector. The humidity-sensing material is synthesized from a mixture of polyvinylidene fluoride (PVDF) in dimethyl sulfoxide (DMSO) and hydroxyethyl cellulose (HEC) in distilled water. We measured the optical intensity of the light signals reflected from the FOHS placed inside the humidity chamber with relative humidity (RH) variation from 40 to 95%. We found that the optical intensity of the sensing probe increased linearly with the RH. The reversibility and reproducibility of the FOHS were also evaluated.
Kiomarsi, Farshid;Shojaei, Ali Asghar;Soltani, Sepehr
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.7
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pp.1587-1596
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2020
The location selection for nuclear power plants (NPP) is a strategic decision, which has significant impact operation of the plant and sustainable development of the region. Further, the ranking of the alternative locations and selection of the most suitable and efficient locations for NPPs is an important multi-criteria decision-making problem. In this paper, the non-sequential Monte Carlo probabilistic method and the Latin hypercube sampling probabilistic method are used to evaluate and select the optimal locations for NPP. These locations are identified by the power plant's onsite loads and the average of the lowest number of relay protection after the NPP's trip, based on electricity considerations. The results obtained from the proposed method indicate that in selecting the optimal location for an NPP after a power plant trip with the purpose of internal onsite loads of the power plant and the average of the lowest number of relay protection power system, on the IEEE RTS 24-bus system network given. This paper provides an effective and systematic study of the decision-making process for evaluating and selecting optimal locations for an NPP.
Safavi, Amir;Esteki, Mohammad Hossein;Mirvakili, Seyed Mohammad;Arani, Mehdi Khaki
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1603-1610
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2020
Due to ever-growing advancements in computers and relatively easy access to them, many efforts have been made to develop high-fidelity, high-performance, multi-physics tools, which play a crucial role in the design and operation of nuclear reactors. For this purpose in this study, the neutronic Monte Carlo and thermal-hydraulic sub-channel codes entitled MCNP and COBRA-EN, respectively, were applied for external coupling with each other. The coupled code was validated by code-to-code comparison with the internal couplings between MCNP5 and SUBCHANFLOW as well as MCNP6 and CTF. The simulation results of all code systems were in good agreement with each other. Then, as the second problem, the core of the VVER-1000 v446 reactor was simulated by the MCNP4C/COBRA-EN coupled code to measure the capability of the developed code to calculate the neutronic and thermohydraulic parameters of real and industrial cases. The simulation results of VVER-1000 core were compared with FSAR and another numerical solution of this benchmark. The obtained results showed that the ability of the MCNP4C/COBRA-EN code for estimating the neutronic and thermohydraulic parameters was very satisfactory.
NFV is a technology that allows network services to be controlled and managed in software by separating various net work functions (NFs) from hardware devices in dedicated network equipment and implementing them in a high-performance general-purpose server. Therefore, standardized virtualization of network functions is one of the most important factors. However, until the introduction of NFV to provide commercial services, there are many technical issues to be solved such as guaranteeing performance, stability, support for multi-vendor environment, ensuring perfect interoperability, and linking existing virtual and non-virtual resources. In this paper, we propose a method to provide an end-to-end network virtualization service based on OSM R2 in KREONET.
A hybrid safety injection tank (H-SIT) can enhance the capability of an advanced power reactor plus (APR+) during a station black out (SBO) that is accompanied by a severe accident. It may a useful alternative to an electric motor. The operations strategy of the H-SIT has to be investigated to achieve maximum utilization of its function. In this study, the master logic diagram (i.e., an analysis for identifying the differences between an H-SIT and a safety injection pump) and an accident case classification were used to determine the parameters of the H-SIT operation. The conditions that require the use of an H-SIT were determined using a decision-making process. The proper timing for using an H-SIT was also analyzed by using the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS) 1.3 code (Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon, South Korea). The operation strategy analysis indicates that a H-SIT can mitigate five types of failure: (1) failure of the safety injection pump, (2) failure of the passive auxiliary feedwater system, (3) failure of the depressurization system, (4) failure of the shutdown cooling pump (SCP), and (5) failure of the recirculation system. The results of the MARS code demonstrate that the time allowed for recovery can be extended when using an H-SIT, compared with the same situation in which an H-SIT is not used. Based on the results, the use of an H-SIT is recommended, especially after the pilot-operated safety relief valve (POSRV) is opened.
This paper aims at presenting the state of the art, the recent progress, and the perspective for the future, in the modelling of two-phase flow in the horizontal legs of a PWR. All phenomena relevant for safety analysis are listed first. The selection of the modelling approach for system codes is then discussed, including the number of fluids or fields, the space and time resolution, and the use of flow regime maps. The classical two-fluid six-equation one-pressure model as it is implemented in the CATHARE code is then presented and its properties are described. It is shown that the axial effects of gravity forces may be correctly taken into account even in the case of change of the cross section area or of the pipe orientation. It is also shown that it can predict both fluvial and torrential flow with a possible hydraulic jump. Since phase stratification plays a dominant role, the Kelvin-Helmholtz instability and the stability of bubbly flow regime are discussed. A transition criterion based on a stability analysis of shallow water waves may be used to predict the Kelvin-Helmholtz instability. Recent experimental data obtained in the METERO test facility are analysed to model the transition from a bubbly to stratified flow regime. Finally, perspectives for further improvement of the modelling are drawn including dynamic modelling of turbulence and interfacial area and multi-field models.
The pressurized water reactor APR1400 adopts DVI (Direct Vessel Injection) for the emergency cooling water in the upper downcomer annulus. The International Standard Problem number 50 (ISP-50) was launched with the aim to investigate thermal hydraulic phenomena during a 50% DVI line break scenario with best estimate codes making use of the experimental data available from the ATLAS facility located at KAERI. The present work describes the calculation results obtained for the ISP-50 using the RELAP5/MOD3.3 system code. The work aims at validation and assessment of the code to reproduce the observed phenomena and investigate about its limitations to predict complicated mixing phenomena between the subcooled emergency cooling water and the two-phase flow in the downcomer. The obtained results show that the overall trends of the main test variables are well reproduced by the calculations. In particular, the pressure in the primary system show excellent agreement with the experiment. The loop seal clearance phenomenon was observed in the calculation and it was found to have an important influence on the transient progression. Moreover, the collapsed water levels in the core are accurately reproduced in the simulations. However, the drop in the downcomer level before the activation of the DVI from safety injection tanks was underestimated due to multi-dimensional phenomena in the downcomer that are not properly captured by one-dimensional simulations.
Radiation effects on materials are inherently multiscale phenomena in view of the fact that various processes spanning a broad range of time and length scales are involved. A multiscale modeling approach to embrittlement of pressure vessel steels is presented here. The approach includes an investigation of the mechanisms of defect accumulation, microstructure evolution and the corresponding effects on mechanical properties. An understanding of these phenomena is required to predict the behavior of structural materials under irradiation. We used molecular dynamics (MD) simulations at an atomic scale to study the evolution of high-energy displacement cascade reactions. The MD simulations yield quantitative information on primary damage. Using a database of displacement cascades generated by the MD simulations, we can estimate the accumulation of defects over diffusional length and time scales by applying kinetic Monte Carlo simulations. The evolution of the local microstructure under irradiation is responsible for changes in the physical and mechanical properties of materials. Mechanical property changes in irradiated materials are modeled by dislocation dynamics simulations, which simulate a collective motion of dislocations that interact with the defects. In this paper, we present a multi scale modeling methodology that describes reactor pressure vessel embrittlement in a light water reactor environment.
Theory-based models and high performance simulations are briefly reviewed starting with atomistic methods, such as Electronic Structure calculations, Molecular Dynamics, and Monte Carlo, continuing with meso-scale methods, such as Dislocation Dynamics and Phase Field, and ending with continuum methods that include Finite Element and Finite Volume. Special attention is paid to relating thermo-mechanical and chemical properties of the fuel to reactor parameters. By inserting atomistic models of point defects into continuum thermo-chemical calculations, a model of oxygen diffusivity in $UO_{2+x}$ is developed and used to predict point defect concentrations, oxygen diffusivity, and fuel stoichiometry at various temperatures and oxygen pressures. The simulations of coupled heat transfer and species diffusion demonstrate that including the dependence of thermal conductivity and density on composition can lead to changes in the calculated centerline temperature and thermal expansion displacements that exceed 5%. A review of advanced nuclear fuel performance codes reveals that the many codes are too dedicated to specific fuel forms and make excessive use of empirical correlations in describing properties of materials. The paper ends with a review of international collaborations and a list of lessons learned that includes the importance of education in creating a large pool of experts to cover all necessary theoretical, experimental, and computational tasks.
A new task of using the Jacobian-Free-Newton-Krylov (JFNK) method for the PWR core transient simulations involving neutronics, thermal hydraulics and mechanics is conducted. For the transient scenario of PWR, normally the Picard iteration of the coupled coarse-mesh nodal equations and parallel channel TH equations is performed to get the transient solution. In order to solve the coupled equations faster and more stable, the Newton Krylov (NK) method based on the explicit matrix was studied. However, the NK method is hard to be extended to the cases with more physics phenomenon coupled, thus the JFNK based iteration scheme is developed for the nodal method and parallel-channel TH method. The local gap conductance is sensitive to the gap width and will influence the temperature distribution in the fuel rod significantly. To further consider the local gap conductance during the transient scenario, a 1D mechanics model is coupled into the JFNK scheme to account for the fuel thermal expansion effect. To improve the efficiency, the physics-based precondition and scaling technique are developed for the JFNK iteration. Numerical tests show good convergence behavior of the iterations and demonstrate the influence of the fuel thermal expansion effect during the rod ejection problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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