Abstract
In the Loviisa 1 and 2 nuclear power plants the subcooling margin of the hottest subchannel of the fuel assembly is monitored. The temperature of the coolant in the hottest subchannel is limited to the constant saturation temperature. Bending of the fuel rods occurs during normal operation due to the differences in the heat profiles of the rods. The coolant temperature will rise more in the subchannel with smaller flow area due to the bending and this has to be taken into account in the safety margin of subchannel enthalpy rise. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are used to estimate how much the estimated maximum bow of a rod affects the temperature rise of the subchannel. The quantitative uncertainty of the predicted enthalpy rise in fuel bundle subchannel is estimated based on the uncertainty of modelling of mixing between subchannels. The measured turbulence quantities from LDA measurements of cold test assembly made in 1990s in Fortum are compared with CFD results to give uncertainty estimation for turbulence, which is further used for uncertainty estimation of mixing and simulated subchannel enthalpy rise.
Kurzfassung
In den Kernkraftwerken Loviisa 1 und 2 wird der der Sicherheitsabstand der Unterkühlung des heißesten Unterkanals der Brennelemente überwacht. Die Temperatur des Kühlmittels im heißesten Unterkanal ist auf die konstante Sättigungstemperatur begrenzt. Das Biegen der Brennstäbe erfolgt während des normalen Betriebs aufgrund von Unterschieden in den Wärmeprofilen in den Stäben. Die Kühlmitteltemperatur steigt im Unterkanal mit dem aufgrund der Biegung kleineren Strömungsquerschnitt an. Dies muss im Sicherheitsabstand des erlaubten Anstiegs der Enthalpie dieses Unterkanals berücksichtigt werden. Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulationen werden verwendet, um zu berechnen, inwieweit die maximal angenommene Ausbeulung des Stabes den Temperatur Anstieg des Unterkanals beeinflusst. Die quantitative Unsicherheit des berechneten Anstiegs der Enthalpie im Brennstabbündel-Unterkanal wird auf der Grundlage der Unsicherheit der Modellierung des Mischens zwischen den Unterkanälen bestimmt. Die Turbulenzgrößen aus LDA-Messungen an kalten Versuchsbrennelementen, die in den 1990er Jahren von Fortum durchgeführt wurden, werden mit den CFD-Ergebnissen verglichen. Dadurch ist eine Angabe der Unsicherheit der Turbulenzbestimmung möglich. Diese Unsicherheit der Turbulenz fließt in die Unsicherheitsbestimmung der Mischung und des berechneten Anstiegs der Enthalpie im Unterkanal ein.
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