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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter May 6, 2013

Validation of the CFD code FLUENT by post test calculation of a ROCOM experiment with density driven coolant mixing

Validierung des CFD Rechenprogramms FLUENT durch Nachberechnung eines ROCOM Experiments mit dichtegetriebener Kühlmittelvermischung
  • A. Schaffrath , K.-C. Fischer , T. Hahm and S. Wussow
From the journal Kerntechnik

Abstract

During the last years one focus of German PWR safety analyses was boron dilution events with the potential of reactivity transients. Coolant with a low boron concentration could be collected in localized areas of the reactor coolant system e. g. by separation of borated reactor coolant into highly concentrated and diluted fractions (inherent dilution) which can occur during reflux-condenser heat transfer after a small break loss of coolant accident with a limited availability of the emergency core cooling systems. The TüV NORD SysTec appraises in the framework of follower core assessments safety analyses of boron dilution events presented by the utilities. These analyses are based on the simulation of boron dilution and transport processes in conjunction with a number of dedicated experiments. The analyses shall demonstrate that boron dilution events cannot lead to recriticality of the core. Hence the boron concentration at the core inlet has to be determined. TüV NORD Sys Tec applies the CFD code FLUENT for the investigation of boron dilution events in pressurized water reactors. To affirm the FLUENT abilities for the simulation of boron dilution events a validation against the ROCOM experiment T6655_21 with density driven coolant mixing was performed. This validation proves that FLUENT is able to determine the boron concentration in the reactor core with sufficient accuracy and to solve the safety issue, whether the core gets critical or not.

Kurzfassung

In den letzten Jahren beschäftigen sich in Deutschland die Sicherheitsanalysen für Druckwasserreaktoren u. a. mit Deborierungsvorgängen und sich hieraus möglicherweise entwickelnden Reaktivitätsstörfällen. Als Deborierung wird die Ansammlung von niedrig boriertem Kühlmittel an ausgewählten Stellen des Primärkreislaufes eines DWR bezeichnet, die sich z. B. beim sog. Reflux-Condenser Betrieb nach einem Kühlmittelverluststörfall mit einem kleinen Leck sowie eingeschränkter Verfügbarkeit von Sicherheitssystemen ergeben kann. Die TüV NORD SysTec bewertet im Auftrag von Genehmigungs- und Aufsichtsbehörden die im Rahmen der jeweiligen Folgekernbegutachtung von den Betreiberinnen der Druckwasserreaktoren eingereichten Sicherheitsanalysen zu dieser Thematik. Diese Analysen umfassen analytische Nachweise zur Borvermischung sowie zum Bortransport im PKL eines DWR sowie dedizierte Experimente zu dieser Thematik. Mit den eingereichten Analysen wollen die Betreiberinnen nachweisen, dass die Borkonzentration am Kerneintritt hoch genug ist, um eine Rekritikalität des Reaktorkerns auszuschließen. Zur Begutachtung der Borvermischungs- und Bortransportvorgänge im PKL eines DWR berechnet die TüV NORD SysTec mit Hilfe des Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes FLUENT die instationären Borkonzentrationsfelder und bestimmt hieraus u. a. die minimale Borkonzentration am Kerneintritt. Zur Bewertung der Rechnung sowie der Erhöhung der Aussagesicherheit wird in einem ersten Schritt gezeigt, dass die in FLUENT enthaltenen Modelle prinzipiell in der Lage sind, die Borvermischungs- und Bortransportvorgänge in einem DWR zu beschreiben. Hierzu wurde das ROCOM Experiment T6655_21 mit FLUENT nachgerechnet. Die Ergebnisse der FLUENT Rechnung wurden mit den Messwerten verglichen. Die CFD Analysen zeigen neben einer guten übereinstimmung mit den gemessenen Konzentrationsverteilungen am Kerneintritt auch Defizite bei der Simulation der Schichtung von Kühlmittel unterschiedlicher Dichte in den kalten Strängen, welche aber einen geringen Einfluss auf die Borkonzentration am Kerneintritt besitzen.


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References

1 Hertlein, R.; Umminger, K.; Kliem, S.; Prasser, H.-M.; Höhne, T. and Weiss, F.-P.: Experimental and numerical investigation of boron dilution transients in pressurized water reactors. Nuclear Technology141 (2003) 88.Search in Google Scholar

2 Prasser, H.-M.; Grunwald, G.; Höhne, T.; Kliem, S.; Rohde, U.; Weiss, F.-P.: Coolant mixing in a PWR - deboration transients, steam line breaks and emergency core cooling injection - experiments and analyses, Nuclear Technology143 (2003) 37.Search in Google Scholar

3 Grunwald, G.; Höhne, T.; Kliem, S.; Prasser, H.-M.; Richter, K.-H.; Rohde, U.; Weiss, F.-P.: Versuchsanlage ROCOM zur Untersuchung der Kühlmittelvermischung in Druckwasserreaktoren - Ergebnisse quasistationärer Vermischungsexperimente. FZR Report 348, 2002.Search in Google Scholar

4 Höhne, T.; Kliem, S.; Prasser, H.-M.; Rohde, U.: Experimental and numerical studies inside a reactor pressure vessel. 4th ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conference, Hawaii, 2003.10.1115/FEDSM2003-45294Search in Google Scholar

5 Dräger, P.: Macroscopic coolant mixing in pressurized water reactors. PhD, TH Zittau, Germany, 1987.Search in Google Scholar

6 Prasser, H.-M.; Böttger, A.; Zschau, J.: A new electrode-mesh tomograph for gas liquid flows. Flow Measurement and Instrumentation9 (1998) 111 ff.10.1016/S0955-5986(98)00015-6Search in Google Scholar

7 FLUENT Inc.2003. FLUENT 6 User's Guide.Search in Google Scholar

8 ANSYS-CFX2004. CFX-5.7 User Documentation, AEATechnology.Search in Google Scholar

Received: 2005-1-10
Published Online: 2013-05-06
Published in Print: 2005-08-01

© 2005, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 9.2.2023 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/124.100244/html
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