A steam explosion may occur during a severe accident, when the molten core comes into contact with water. The pressurized water reactor and boiling water reactor ex-vessel steam explosion study, which was carried out with the multicomponent three-dimensional Eulerian fuel-coolant interaction code under the conditions of the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) Steam Explosion Resolution for Nuclear Applications project reactor exercise, is presented and discussed. In reactor calculations, the largest uncertainties in the prediction of the steam explosion strength are expected to be caused by the large uncertainties related to the jet breakup. To obtain some insight into these uncertainties, premixing simulations were performed with both available jet breakup models, i.e., the global and the local models. The simulations revealed that weaker explosions are predicted by the local model, compared to the global model, due to the predicted smaller melt droplet size, resulting in increased melt solidification and increased void buildup, both reducing the explosion strength. Despite the lower active melt mass predicted for the pressurized water reactor case, pressure loads at the cavity walls are typically higher than that for the boiling water reactor case. This is because of the significantly larger boiling water reactor cavity, where the explosion pressure wave originating from the premixture in the center of the cavity has already been significantly weakened on reaching the distant cavity wall.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1998.05a
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pp.777-782
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1998
To terminate the progression of the sever accident and mitigate the accident consequences, corium coaling has been suggested as one of most important design features considered in the swore accident mitigation. Till now, some kinds of cooling methodologies have been identified and, specially the corium cooling at the reactor cavity has been considered as one of the most promising cooling methodologies. Moreover, several design requirements related to the cerium cooling at the reactor cavity have been also suggested and applied to the design of the next generation reactor. In this study technical description are briefly described for the important issues related to the cerium cooling at the reactor cavity, i.e. cavity area, cavity flooding system, etc., and simple evaluation for those items have been performed considering present technical levels the experiment and analytical works..
The scaled water-cooled Reactor Cavity Cooling System (RCCS) experimental facility reproduces a passive safety feature to be implemented in Generation IV nuclear reactors. It keeps the reactor cavity and other internal structures in operational conditions by removing heat leakage from the reactor pressure vessel. The present work uses Flownex one-dimensional thermal-fluid code to model the facility and predict the experimental thermal-hydraulic behavior. Two representative steady-state cases defined by the bulk volumetric flow rate are simulated (Re = 2,409 and Re = 11,524). Results of the cavity outlet temperature, risers' temperature profile, and volumetric flow split in the cooling panel are also compared with the experimental data and RELAP system code simulations. The comparisons are in reasonable agreement with the previous studies, demonstrating the ability of Flownex to simulate the RCCS behavior. It is found that the low Re case of 2,409, temperature and flow split are evenly distributed across the risers. On the contrary, there's an asymmetry trend in both temperature and flow split distributions for the high Re case of 11,524.
Kim, Haneol;Lee, Sangnam;Lee, Sang Jik;Kim, Jongkyu
New & Renewable Energy
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v.17
no.1
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pp.40-49
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2021
In this study, the optical properties, heat transfer capabilities and chemical reaction performance of a methane thermal decomposition reactor using solar heat as a heat source were numerically analyzed on the basis of the cavity shape. The optical properties were analyzed using TracePro, a Monte Carlo ray tracing-based program, and the heat transfer analysis was performed using Fluent, a CFD program. An indirect heating tubular reactor was rotated at a constant speed to prevent damage by the heat source in the solar furnace. The inside of the reactor was filled with a porous catalyst for methane decomposition, and the outside was insulated to reduce heat loss. The performance of the reactor, based on cavity shape, was calculated when solar heat was concentrated on the reactor surface and methane was supplied into the reactor in an environment with a solar irradiance of 700 W/㎡, a wind speed of 1 m/s, and an outdoor temperature of 25℃. Thus, it was confirmed that the heat loss of the full-cavity model decreased to 13% and the methane conversion rate increased by 33.5% when compared to the semi-cavity model.
Kim, Seung Hyun;Chang, Yoon-Suk;Cho, Yong-Jin;Jhung, Myung Jo
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.1
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pp.218-227
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2016
Background: Steam explosions may occur in nuclear power plants by molten fuel-coolant interactions when the external reactor vessel cooling strategy fails. Since this phenomenon can threaten structural barriers as well as major components, extensive integrity assessment research is necessary to ensure their safety. Method: In this study, the influence of yield criteria was investigated to predict the failure of a reactor cavity under a typical postulated condition through detailed parametric finite element analyses. Further analyses using a geometrically simplified equivalent model with homogeneous concrete properties were also performed to examine its effectiveness as an alternative to the detailed reinforcement concrete model. Results: By comparing finite element analysis results such as cracking, crushing, stresses, and displacements, the Willam-Warnke model was derived for practical use, and failure criteria applicable to the reactor cavity under the severe accident condition were discussed. Conclusion: It was proved that the reactor cavity sustained its intended function as a barrier to avoid release of radioactive materials, irrespective of the different yield criteria that were adopted. In addition, from a conservative viewpoint, it seems possible to employ the simplified equivalent model to determine the damage extent and weakest points during the preliminary evaluation stage.
Park, Rae-Joon;Ha, Kwang-Soon;Kim, Sang-Baik;Kim, Hee-Dong
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.2141-2145
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2004
As part of study on thermal hydraulic behavior in the reactor cavity under external vessel cooling in the APR (Advanced Power Reactor) 1400, one dimensional two phase flow of steady state in the reactor cavity have been analyzed to investigate a coolant circulation mass flow rate in the annulus region between the reactor vessel and the insulation material using the RELAP5/MOD3 computer code. The RELAP5/MOD3 results have shown that a two phase natural circulation flow of 300 - 600 kg/s is generated in the annulus region between the reactor vessel and the insulation material when the external vessel cooling has been applied in the APR 1400. An increase in the heat flux of the inner vessel leads to an increase of the coolant mass flow rate. An increase in the coolant outlet area leads to an increase in the coolant circulation mass flow rate, but the coolant inlet area does not effective on the coolant circulation mass flow rate. The change of the lower coolant outlet to a lower position affects the coolant circulation mass flow rate, but the variation trend is not consistent.
Many advanced reactor designs rely on passive systems to fulfill safety functions during accident sequences. These systems depend heavily on boundary conditions to induce a motive force, meaning the system can fail to operate as intended because of deviations in boundary conditions, rather than as the result of physical failures. Furthermore, passive systems may operate in intermediate or degraded modes. These factors make passive system operation difficult to characterize within a traditional probabilistic framework that only recognizes discrete operating modes and does not allow for the explicit consideration of time-dependent boundary conditions. Argonne National Laboratory has been examining various methodologies for assessing passive system reliability within a probabilistic risk assessment for a station blackout event at an advanced small modular reactor. This paper provides an overview of a passive system reliability demonstration analysis for an external event. Considering an earthquake with the possibility of site flooding, the analysis focuses on the behavior of the passive Reactor Cavity Cooling System following potential physical damage and system flooding. The assessment approach seeks to combine mechanistic and simulation-based methods to leverage the benefits of the simulation-based approach without the need to substantially deviate from conventional probabilistic risk assessment techniques. Although this study is presented as only an example analysis, the results appear to demonstrate a high level of reliability of the Reactor Cavity Cooling System (and the reactor system in general) for the postulated transient event.
Sang Ho Kim;Jaehyun Ham;Byeonghee Lee;Sung Il Kim;Hwan Yeol Kim;Rae-Joon Park;Jaehoon Jung
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.12
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pp.4551-4559
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2022
The aim of this research is to analyze the characteristics of a core melt discharged from the reactor vessel and the spreading behavior the core melt in the reactor cavity of the SMART. First, a severe accident sequence under conservative conditions is simulated by the MELCOR code to obtain the conditions for an analysis of the spreading behavior and coolability of the ex-vessel melt. Second, the spreading behavior and coolability of the ex-vessel melt are analyzed by the MELTSPREAD code. The level, temperature, and pressure of the water in the cavity as well as the temperature, mass, composition, and discharge velocity of the melt were utilized to construct the ex-vessel analysis. The melt spread only to part of the cavity, and that the height of the corium in a static state was less than 25 cm. The characteristics of a small modular reactor on the spreading behavior and coolability of melt were analyzed. In the SMART, the amount of melt discharged into the cavity is relatively small and the area of the cavity is sufficiently large when compared to a high-power pressurized water reactor. It was found that the coolability of an ex-vessel core melt can be sufficiently secured.
Neutron Streaming analysis in 1300 MWe pressurized water reactor cavity was performed. In this calculation, the discrete ordinates transport codes, ANISN and DOT 3.5, and the Monte Carlo code, TRIPOLI-02 were used with the coupling code, DOTTRI. In this study IBM 3033 type computer was used. The calculated neutron fluxes and dose rates were compared with the measured data in a 900MWe pressurized water reactor cavity to show a good agreement, although some deviations in the results for each energy group were noticed. These results will be applied in the radiation shielding design of high capacity nuclear power reactors and, to the means of radiation protection in case of the reactor maintenance and the access of the reactor cavity.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05b
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pp.669-674
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1996
The analysis for the coolability of the reactor cavity in typical Korean 1000 MWe Nuclear Unit under severe accidents is performed using MELCOR 1.8.3 code. The key parameters molten core-concrete interaction(MCCI) such as melt temperature, concrete ablation history and gas generation are investigated. Total twenty cases are selected according to ejected debris fraction and coolant mass, The ablation rate of concrete decreases as mass of the melt decreases and coolant mass increases. Heat loss from molten pool to coolant is comparable to total decay heat, so concrete ablation is delayed until water is absent and crust begins to remove. Also, overpressurization due to non-condensible gases generated during corium and concrete interacts can cause to additional risk of containment failure. It is concluded that flooded reactor cavity condition is very important to minimize the cavity ablation and pressure load by non-condensible gases on containment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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