Nuclear power plant passive containment cooling system simulation in Apros
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2022-10-10
Department
Major/Subject
Industrial Energy Processes and Sustainability
Mcode
CHEM3044
Degree programme
Master’s Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
60
Series
Abstract
As nuclear power plants are constantly evolving, so does the safety equipment intended to mitigate effects of a postulated accident. In particular, the containment structure of an NPP is intended to withstand temperature and pressure spikes during accidents as one of defense-in-depth mechanisms. In order to study thermohydraulic phenomena in the containment vessel and efficiency of its cooling systems, research groups conduct experiments, results of which may be validated using computational tools by comparing experiments with computational data. The aim of this thesis is to simulate the experiments of the OECD/NEA HYMERES-2 project on cooling of a containment vessel using Apros. The accurateness of simulation results was reached by testing different heat and mass transfer correlations to correctly replicate thermohydraulic phenomena of experiments. The model was based on the description of the containment vessel and on experimental data provided by the HYMERES-2 project team. Validation of simulation results was done by plotting and analysing the data against experimental results. Based on the analysis, the default Nusselt natural convection correlation was determined to be the most accurate for capturing the experimental phenomena. The comparison of simulation and experimental results showed Apros to be able to accurately replicate the experiment, although the results presented limitations of the lumped parameter method to reproduce the gas flow behaviour inside the containment vessel. For future research, where containment conditions would differ in flow velocities, it is recommended to perform sensitivity analyses using different heat and mass transfer correlations, as well as to consider possible limitations affecting model results. Additionally, a completely new heat and mass transfer correlation may be implemented for future modelling practices in Apros.Ydinvoimalaitosten kehittyessä myös oletetun onnettomuuden vaikutuksia lieventävät turvalaitteet kehittyvät jatkuvasti. Yhtenä defense-in-depth -konseptin mekanismeista ydinvoimalaitoksen suojarakennus on tarkoitettu kestämään lämpötila- ja painepiikkejä ydinonnettomuuksien aikana. Suojasäiliön termohydraulisten ilmiöiden ja jäähdytysjärjestelmien tehokkuuden tutkimiseksi tutkimusryhmät tekevät kokeita, joiden tuloksia voidaan validoida laskennallisilla työkaluilla vertaamalla kokeita laskennalliseen dataan. Tämän työn tavoitteena on simuloida OECD/NEA HYMERES-2 -projektin suojasäiliön jäähdytyskokeita Apros-ohjelmistossa. Simulaatiotulosten tarkkuutta varmistettiin testaamalla erilaisia lämmön- ja massansiirtokorrelaatioita, jotta kokeiden termohydrauliset ilmiöt toistuisivat oikein. Malli perustui suojasäiliön kuvaukseen ja HYMERES-2-projektiryhmän toimittamiin kokeellisiin tietoihin. Simulaatiotulosten validointi tehtiin piirtämällä ja analysoimalla tulosdataa kokeellisia tuloksia vastaan. Analyysin perusteella Nusseltin luonnollinen konvektiokorrelaatio määritettiin tarkimmaksi korrelaatioksi kokeellisten ilmiöiden kuvaamiseksi. Simulaatio- ja kokeellisten tulosten vertailu osoitti, että Apros kykeni toistamaan kokeet tarkasti, vaikka tulokset esittivät, että lumped parameter -metodissa on rajoituksia suojasäiliön kaasuvirtauskäyttäytymisen toistamisessa. Tulevaisuuden tutkimuksissa, joissa suojasäiliön olosuhteet vaihtelevat virtausnopeuksilta, on suositeltavaa tehdä herkkyysanalyysejä käyttämällä erilaisia lämmön- ja massansiirtokorrelaatioita sekä on syytä huomioida mahdollisia mallituloksiin vaikuttavia rajoituksia. Lisäksi on todettu, että Apros:n tulevia mallinnuskäytäntöjä varten voidaan kokeilla uutta lämmön- ja massansiirron korrelaatiota.Description
Supervisor
Sand, AndreaThesis advisor
Silde, AriSzogradi, Marton
Keywords
nuclear power plant, passive containment safety, simulation, Apros
