Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.15
no.1
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pp.51-59
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2019
After Fukushima Dai-ichi NPP accident, the need for implementation of diverse and flexible coping strategies (FLEX) became evident. However, to ensure the effectiveness of the safety strategy, it is essential to quantify the uncertainties associated with the station blackout (SBO) scenario as well as the operator actions. In this paper, a systems engineering approach for uncertainty analysis (UA) of a SBO scenario in advanced pressurized water reactor is performed. MARS-KS is used as a best estimate thermal-hydraulic code and is loosely-coupled with Dakota software which is employed to develop the uncertainty quantification framework. Furthermore, the systems engineering approach is adopted to identify the requirements, functions and physical architecture, and to develop the verification and validation plan. For the preliminary analysis, 13 uncertainty parameters are propagated through the model to evaluate the stability and convergence of the framework. The developed framework will ultimately be used to quantify the aleatory and epistemic uncertainties associated with an extended SBO accident scenario and assess the coping capability of APR1400 and the effectiveness of the implemented FLEX strategies.
YU, Seon Oh;CHO, Min Ki;LEE, Kyung Won;BAEK, Kyung Lok
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.16
no.1
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pp.11-21
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2020
This study aims to develop and advance the evaluation technology for assessing PHWR safety. For this purpose, the complete loss of AC power or station blackout (SBO) was selected as a target accident scenario and the analysis model to evaluate the plant responses was envisioned into the MARS-KS input model. The model includes the main features of the primary heat transport system with a simplified model for the horizontal fuel channels, the secondary heat transport system including the shell side of steam generators, feedwater and main steam line, and moderator system. A steady state condition was achieved successfully by running the present model to check out the stable convergence of the key parameters. Subsequently, through the SBO transient analyses two cases with and without the coolant leakage via the PHTS pumps were simulated and the behaviors of the major parameters were compared. The sensitivity analysis on the amount of the coolant leakage by varying its flow area was also performed to investigate the effect on the system responses. It is expected that the results of the present study will contribute to upgrading the evaluation technology of the detailed thermal hydraulic analysis on the SBO transient of the operating PHWRs.
Mirzaee, Morteza Khosravi;Zolfaghari, A.;Minuchehr, A.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.2
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pp.230-237
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2020
In this part, an implicit time dependent solution is presented for the Boltzmann transport equation discretized by the analytic coarse mesh finite difference method (ACMFD) over the spatial domain as well as the simplified P3 (SP3) for the angular variable. In the first part of this work we proposed a SP3-ACMFD approach to solve the static eigenvalue equations which provide the initial conditions for temp dependent equations. Having solved the 3D multi-group SP3-ACMFD static equations, an implicit approach is resorted to ensure stability of time steps. An exponential behavior is assumed in transverse integrated equations to establish a relationship between flux moments and currents. Also, analytic integration is benefited for the time-dependent solution of precursor concentration equations. Finally, a multi-channel one-phase thermal hydraulic model is coupled to the proposed methodology. Transient equations are then solved at each step using the GMRES technique. To show the sufficiency of proposed transient SP3-ACMFD approximation for a full core analysis, a comparison is made using transport peers as the reference. To further demonstrate superiority, results are compared with a 3D multi-group transient diffusion solver developed as a byproduct of this work. Outcomes confirm that the idea can be considered as an economic interim approach which is superior to the diffusion approximation, and comparable with transport in results.
Mukin, Roman;Clifford, Ivor;Zerkak, Omar;Ferroukhi, Hakim
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.3
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pp.356-367
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2018
A series of tests dedicated to station blackout (SBO) accident scenarios have been recently performed at the $Prim{\ddot{a}}rkreislauf-Versuchsanlage$ (primary coolant loop test facility; PKL) facility in the framework of the OECD/NEA PKL-3 project. These investigations address current safety issues related to beyond design basis accident transients with significant core heat up. This work presents a detailed analysis using the best estimate thermal-hydraulic code TRACE (v5.0 Patch4) of different SBO scenarios conducted at the PKL facility; failures of high- and low-pressure safety injection systems together with steam generator (SG) feedwater supply are considered, thus calling for adequate accident management actions and timely implementation of alternative emergency cooling procedures to prevent core meltdown. The presented analysis evaluates the capability of the applied TRACE model of the PKL facility to correctly capture the sequences of events in the different SBO scenarios, namely the SBO tests H2.1, H2.2 run 1 and H2.2 run 2, including symmetric or asymmetric secondary side depressurization, primary side depressurization, accumulator (ACC) injection in the cold legs and secondary side feeding with mobile pump and/or primary side emergency core coolant injection from the fuel pool cooling pump. This study is focused specifically on the prediction of the core exit temperature, which drives the execution of the most relevant accident management actions. This work presents, in particular, the key improvements made to the TRACE model that helped to improve the code predictions, including the modeling of dynamical heat losses, the nodalization of SGs' heat exchanger tubes and the ACCs. Another relevant aspect of this work is to evaluate how well the model simulations of the three different scenarios qualitatively and quantitatively capture the trends and results exhibited by the actual experiments. For instance, how the number of SGs considered for secondary side depressurization affects the heat transfer from primary side; how the discharge capacity of the pressurizer relief valve affects the dynamics of the transient; how ACC initial pressure and nitrogen release affect the grace time between ACC injection and subsequent core heat up; and how well the alternative feeding modes of the secondary and/or primary side with mobile injection pumps affect core quenching and ensure stable long-term core cooling under controlled boiling conditions.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05b
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pp.435-440
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1996
Large Loss-of-Coolant Accidents analyzed in Final Safety Analysis Reports are usually covered by Reactor Inlet Header. Reactor Outlet Header and Primary Pump Suction breaks as representative cases. In this study we analyze the total (guillotine) break of an Emergency Core Cooling System (ECCS) pipe located at the ECCS injection point into the Primary Heat Transport System (PHTS). It was expected that thermal-hydraulic behaviors in the PHT and ECC systems are different from those of a Reactor Inlet Header break, having an equivalent break size. The main purpose of this study is to get insights on the differences occurred between the two cases and to assess these differences from the phenomenon behavior point of view. It was also investigated whether the ECCS line break analysis results could be covered by header break analysis results. The study reveals that as the intact loop has almost the same behavior in both analyzed cases. broken loop behavior is different mostly regarding sheath temperature in the critical core pass and pressure decrease in the broken Reactor Inlet Header. Differences are also met in the ECCS behavior and in event sequences timings.
The thermal-hydraulic transient analysis of the proposed CANDU-9 plant was peformed. Several major transients ore analyzed if they meet the heat transport system design requirements. The proposed heat transport system configuration and the preliminary sizes of system equipment are justified by analysis in terms of the fuel integrity and the high system pressure limit during transients. The compliance with AECB R-77 requirements for CANDU-9 reactor was estimated. The analysis results showed that for each postulated accident the peak pressure values in the reactor headers are within the acceptance criteria given in ASME code requirements and the fuel overheating is prevented. One pump start-up during the reactor start-up operation was analyzed to investigate the How reversal through the fuel channel, which is specific in the proposed CANDU-9 plant.
The phenomenon identification and ranking table (PIRT) is an important basis in the nuclear power plant (NPP) thermal-hydraulic analysis. This study focuses on the importance ranking of the input parameters when lacking the PIRT, and the target scenario is the small break loss of coolant accident (SBLOCA) in a pressurized water reactor (PWR) CPR1000. A total of 54 input parameters which might have influence on the figure of merit (FOM) were identified, and the sensitivity measure of each input on the FOM was calculated through an optimized moment-independent global sensitivity analysis method. The importance ranking orders of the parameters were transformed into the Savage scores, and the parameters were categorized based on the Savage scores. A parameter importance ranking table for the SBLOCA scenario of the CPR1000 reactor was obtained, and the influences of some important parameters at different break sizes and different accident stages were analyzed.
Abdullah O. Albugami;Abdullah S. Alomari;Abdullah I. Almarshad
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3388-3400
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2023
Detailed analysis of the neutron pathway through matter inside the nuclear reactor core is exceedingly needed for safety and economic considerations. Due to the constant development of high-performance computing technologies, neutronics analysis using computer codes became more effective and efficient to perform sophisticated neutronics calculations. In this work, a commercial pressurized water reactor (PWR) presented by Virtual Environment for Reactor Applications (VERA) Core Physics Benchmark are modeled and simulated using a high-fidelity simulation of OpenMC code in terms of criticality and fuel pin power distribution. Various problems have been selected from VERA benchmark ranging from a simple two-dimension (2D) pin cell problem to a complex three dimension (3D) full core problem. The development of the code capabilities for reactor physics methods has been implemented to investigate the accuracy and performance of the OpenMC code against VERA SCALE codes. The results of OpenMC code exhibit excellent agreement with VERA results with maximum Root Mean Square Error (RMSE) values of less than 0.04% and 1.3% for the criticality eigenvalues and pin power distributions, respectively. This demonstrates the successful utilization of the OpenMC code as a simulation tool for a whole core analysis. Further works are undergoing on the accuracy of OpenMC simulations for the impact of different fuel types and burnup levels and the analysis of the transient behavior and coupled thermal hydraulic feedback.
A key element of the safety analysis is Loss of Coolant Analysis (LOCA) which must be performed using system thermal-hydraulic codes. These codes are extensively validated against separate effect and integral experiments. RELAP/SCDAPSIM is one such code that may be used to predict LBLOCA response in a CANDU reactor. The RD-14M experiment selected for the Best Estimate Plus Uncertainty study is a 44 mm (22.7%) inlet header break test with no Emergency Coolant Injection. This work has two objectives first is to simulate pipe break with RELAP and compare these results to those available from experiment and from comparable TRACE calculations. The second objective is to quantify uncertainty in the fuel element sheath (FES) temperature arising from model coefficient as well as input parameter uncertainties using Integrated Uncertainty Analysis package. RELAP calculated results are found to be in good agreement with those of TRACE and with those of experiments. The base case maximum FES temperature is 335.5 ℃ while that of 95% confidence 95th percentile is 407.41 ℃ for the first order Wilk's formula. The experimental measurements fall within the predicted band and the trends and sensitivities are similar to those reported for the TRACE code.
To improve the predictive capability of a nuclear thermal hydraulic safety analysis code by developing a better constitutive equation for individual phenomenon has been the general research direction until now. This paper proposes a new method to directly use complex experimental data obtained from integral effect test (IET) to improve constitutive models holistically and simultaneously. The method relies on the sensitivity of a simulation result of IET data to the multiple constitutive equations utilized during the simulation, and the sensitivity of individual model determines the direction of modification for the constitutive model. To develop a robust and generalized method, a clustering algorithm using an artificial neural network, sample space size determination using non-parametric statistics, and sampling method of Latin hypercube sampling are used in a combined manner. The value of the proposed methodology is demonstrated by applying the method to the ATLAS DSP-05 IET experiment. A sensitivity of each observation parameter to the constitutive models is analyzed. The new methodology suggested in the study can be used to improve the code prediction results of complex IET data by identifying the direction for constitutive equations to be modified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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