COMPUTER-BASED SIMULATION METHODS FOR BOILING WATER REACTORS (BWR)

• Main Authors: ROBERS, Lukas, LE CORRE, Jean-Marie, PRASSER, Horst-Michael
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 21.10.2021
• Subjects: NUCLEAR ENGINEERING; NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR POWER PLANT; NUCLEAR REACTORS; PHYSICS

A computer-implemented simulation method of predicting local concentrations of constituents in coolant water anywhere along fuel rods within any fuel assembly mechanical design of a Boiling Water Reactor (BWR) potentially resulting in crud deposits on said fuel rods. The method is based on a sub-channel approach of predicting local mass fluxes of vapour and liquid in coolant water anywhere along fuel rods within any fuel assembly mechanical design of a Boiling Water Reactor (BWR) for given steady- state or transient boundary conditions. The sub-channel approach is based on the solution of mass, momentum and energy conservation equations for the vapour phase and the liquid phase, the liquid phase is represented by more than one field variable, and is specifically represented by three fields, with the vapour phase as a fourth field, consisting of droplets, a liquid base film, and disturbance waves. The method comprises: - simulating steady-state or transient boundary conditions, such as inlet coolant water flow into said sub-channels, the coolant water flow may have a predetermined flow velocity variation, - analysing predefined parameters of said disturbance waves and base film, including wave velocity, wave frequency and base film thickness, and - analysing liquid base film thickness between consecutive passing disturbance waves, to calculate local instantaneous impurity concentrations based on said simulated boundary conditions, the calculation is made for each fuel rod of the fuel assembly, wherein, for each fuel rod, the method further comprises comparing said calculated local instantaneous impurity concentration to a crud compound precipitation limit, and during the time said concentration is higher than said precipitation limit, crud is considered to have occurred. In a related simulation method also base film dryout, clad temperature increase, and drop entrainment from waves, may be determined. L'invention concerne un procédé de simulation mis en œuvre par ordinateur de prédiction de concentrations locales en constituants dans de l'eau de refroidissement n'importe où le long de barres de combustible dans n'importe quelle conception mécanique d'assemblage de combustible d'un réacteur à eau bouillante (BWR) conduisant potentiellement à des dépôts de produits de corrosion et d'usure (crud) sur lesdites barres de combustible. Le procédé est basé sur une approche de sous-canal consistant à prédire des flux massiques locaux de vapeur et de liquide dans de l'eau de refroidissement n'importe où le long de barres de combustible dans n'importe quelle conception mécanique d'assemblage de combustible d'un réacteur à eau bouillante (BWR) pour des conditions de limite transitoires ou stationnaires données. L'approche de sous-canal est basée sur la solution des équations de conservation de masse, de quantité de mouvement et d'énergie pour la phase vapeur et la phase liquide, la phase liquide est représentée par plus d'une variable de champ, et est spécifiquement représentée par trois champs, la phase vapeur étant un quatrième champ, constitué de gouttelettes, d'un film de base liquide et d'ondes de perturbation. Le procédé comprend les étapes suivantes : - simuler des conditions de limite transitoires ou stationnaires, telles qu'un écoulement d'eau de refroidissement d'entrée dans lesdits sous-canaux, le flux d'eau de refroidissement peut avoir une variation de vitesse d'écoulement prédéterminée, - analyser des paramètres prédéfinis desdites ondes de perturbation et du film de base, comprenant la vitesse des vagues, la fréquence d'onde et l'épaisseur de film de base, et - analyser l'épaisseur de film de base liquide entre des ondes de perturbation de passage consécutives, pour calculer des concentrations en impuretés instantanées locales sur la base desdites conditions de limite simulées, le calcul est effectué pour chaque barre de combustible de l'ensemble combustible, dans lequel, pour chaque barre de combustible, le procédé comprend en outre la comparaison de ladite concentration en impuretés instantanée locale calculée à une limite de précipitation de composé de crud, et pendant le temps ladite concentration est supérieure à ladite limite de précipitation, la formation de crud est considérée comme s'étant produite. Dans un procédé de simulation associé, également le séchage de film de base, l'augmentation de température de revêtement et l'entraînement de goutte à partir d'ondes, peuvent être déterminés.