MPS eutectic reaction model development for severe accident phenomenon simulation

Yingzi Zhu; Jinbiao Xiong; Yanhua Yang

doi:https://doi.org/10.1016/j.net.2020.08.018

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저자정보: Yingzi Zhu (School of Nuclear Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University) Jinbiao Xiong (School of Nuclear Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University) Yanhua Yang (School of Nuclear Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University)

저널정보: 한국원자력학회 Nuclear Engineering and Technology Nuclear Engineering and Technology 제53권 제3호

발행연도: 2021.3

수록면: 833 - 841 (9page)

DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2020.08.018

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During the postulated severe accident of nuclear reactor, eutectic reaction leads to low-temperaturemelting of fuel cladding and early failure of core structure. In order to model eutectic melting withthe moving particle semi-implicit (MPS) method, the eutectic reaction model is developed to simulatethe eutectic reaction phenomenon. The coupling of mass diffusion and phase diagram is applied tocalculate the eutectic reaction with the uniform temperature. A heat transfer formula is proposed basedon the phase diagram to handle the heat release or absorption during the process of eutectic reaction,and it can combine with mass diffusion and phase diagram to describe the eutectic reaction withtemperature variation. The heat transfer formula is verified by the one-dimensional melting simulationsand the predicted interface position agrees well with the theoretical solution. In order to verify theeutectic reaction models, the eutectic reaction of uranium and iron in two semi-infinite domains issimulated, and the profile of solid thickness decrease over time follows the parabolic law. The modifiedMPS method is applied to calculate Transient Reactor Test Facility (TREAT) experiment, the penetrationrate in the simulations are agreeable with the experiment results. In addition, a hypothetical case basedon the TREAT experiment is also conducted to validate the eutectic reaction with temperature variation,the results present continuity with the simulations of TREAT experiment. Thus the improved method isproved to be capable of simulating the eutectic reaction in the severe accident.

#MPS method #Phase diagram #Eutectic reaction #Mass diffusion #Heat transfer

참고문헌 (31)

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P. J. Hayward / 1997 / Measurement of 2000-2100 C oxygen diffusion coefficients in hypostoichiometric UO2 / J. Nucl. Mater 244(1):36~43

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