Generic thermohydraulic and physicochemical analyses for the implementation of an ATHLET module for the simulation of thermohydraulic consequences of zinc borate deposits in the PWR core. Subproject: Development and validation of an ATHLET module for the simulation of thermohydraulic consequences of zinc borate deposits in the PWR core
Description
The main goal of the present project is to allow for the simulation of zinc borate deposits and their thermohydraulic consequences in the PWR core after a loss-of-coolant accident (LOCA) with the system code ATHLET. The phenomena of zinc dissolution and formation of zinc borate particles occur because of flow-induced corrosion processes caused by a direct fluid contact or wetting with zinc-coated installations inside the containment sump. A new module called "Zinc borate" has been developed and implemented to extend the area of application of ATHLET to the simulation of such chemical processes. The "Zinc borate" module contains three sub-models (or closure models) for simulating the processes of zinc release, the precipitation/accumulation of zinc borate par ticles as well as the transport of zinc ions and/or zinc borate particles. To develop and validate each sub-model of the "Zinc borate" module, data and correlations from experiments on two different test facilities were used, which were designed and operated by the project partners University Zittau/Görlitz (HSZG), Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und Technische Universität Dresden (TUD). Thermal hydraulic models of both the integral test facility ZFT ("Zittau Flow Tray") and the test facility THETIS ("Twofold HEaTIng rod configuration for core Simulation") were developed in ATHLET for the validation of the sub-models as well as of the overall "Zinc borate" module. After the validation of the input deck against specific trial operations, selected tests on the release of zinc and on the formation and accumulation of zinc borate were simulated and compared with experimental data. The comparison of the simulation results with the available experimental data has shown that the correlations developed by the project partners and implemented in ATHLET are able to describe the zinc release, the precipitation of zinc borates and the deposition of zinc borate on the fuel cladding surfaces. However, further upgrading of specific correlations is necessary in order to close the actual model gaps such as for the calculation of the deposition of zinc borate particles on spacer grids and thus to improve the ATHLET module "Zinc borate".
Availability note (English)
Available from: https://www.grs.de/de/aktuelles/publikationen/grs-696Abstract (German)
Das Hauptziel des vorliegenden Projekts besteht darin, die Simulation von Zinkborat-Abscheidungen und deren thermohydraulischen Folgen im DWR-Kern nach einem Kühlmittelverluststörfall (KMV) mit dem Systemrechenprogramm ATHLET zu ermöglichen. Ein neues Modul namens "Zinkborat" wurde zum Zweck der Erweiterung des Einsatzbereiches von ATHLET entwickelt und implementiert. Das Modul beinhaltet zum einen die Teilmodelle (Schließungsmodelle) für die Prozesse der Zink-Freisetzung und der Ausfällung/Anlagerung von Zinkborat-Partikeln. Zum anderen wird der Transport von Zinkionen bzw. Zinkborat-Partikeln durch eine Erweiterung der Stoffbilanzgleichungen realisiert. Die Berücksichtigung der Kühlmittel-Reinigung als Störfallfolgemaßnahme wird durch einen Senkenterm in den Bilanzgleichungen modelliert. Zur Modellerstellung, -parametrierung und -validierung wurden Daten und Korrelationen aus Experimenten im halbtechnischen und im Labormaßstab verwendet, die von den Projektpartnern Hochschule Zittau/Görlitz (HSZG), Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und Technische Universität Dresden (TUD) erzeugt bzw. bereitgestellt wurden. Bei der Erstellung der Korrelationen zur Beschreibung der chemisch-physikalischen Phänomene wurde darauf geachtet, dass die Abhängigkeiten von relevanten Eingangsparametern ausschließlich in ATHLET verfügbare Größen umfassen. Für die Validierung der Teilmodelle sowie des Gesamtmoduls "Zinkborat" wurden thermohydraulische ATHLET-Modelle der Integralversuchsanlage "Zittauer Strömungswanne" (ZSW) sowie der halbtechnischen Versuchsanlage THETIS ("Twofold HEaTIng rod configuration for core Simulation") entwickelt. Nach der Validierung der Datensätze anhand der Nachrechnung von Inbetriebnahmeversuchen, wurden ausgewählte Versuche zur Zink-Freisetzung bzw. zur Zink-Borat-Entstehung und Anlagerung nachgerechnet. Die Nachrechnung der Versuche hat beim Vergleich mit den verfügbaren experimentellen Daten gezeigt, dass die von den Projektpartnern entwickelten und in ATHLET implementierten Korrelationen zur Beschreibung der Zink-Freisetzung, der Ausfällung von Zinkboraten und der Anlagerung von Zinkboraten an Hüllrohroberflächen in der Lage sind, die wesentlichen, physikalischen Phänomene abzubilden. Die weitere Ertüchtigung von spezifischen Korrelationen ist jedoch erforderlich, um Modelllücken wie z. B. zur Berechnung der Ablagerung mobiler Zinkborate an Abstandshaltern zu schließen und das AZora-Modul somit zu verbessern.Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Generische thermohydraulische und physikochemische Analysen zur Implementierung eines ATHLET-Moduls für die Simulation thermohydraulischer Folgen von Zinkborat-Ablagerungen im DWR-Kern. Teilprojekt: Entwicklung und Validierung eines ATHLET-Moduls zur Simulation thermohydraulischer Folgen von Zinkborat-Ablagerungen im DWR-Kern
Identifiers
Publishing Information
- ISBN
- 978-3-949088-87-2
- Imprint Pagination
- 123 p.
- Report number
- GRS--696
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 55078661
- Subject category
- S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Numerical Data, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- A CODES; BORATES; BUILDUP; CLADDING; CONTAINMENT SYSTEMS; CORROSION; EXPERIMENTAL DATA; GRS; LOSS OF COOLANT; PARTICLES; PRECIPITATION; PWR TYPE REACTORS; REACTOR ACCIDENT SIMULATION; REACTOR CORES; SPACERS; TEST FACILITIES; THERMAL HYDRAULICS; VALIDATION; ZINC COMPOUNDS
- Descriptors DEC
- ACCIDENTS; BORON COMPOUNDS; CHEMICAL REACTIONS; COMPUTER CODES; CONTAINMENT; DATA; DEPOSITION; ENGINEERED SAFETY SYSTEMS; ENRICHED URANIUM REACTORS; FLUID MECHANICS; GERMAN FR ORGANIZATIONS; HYDRAULICS; INFORMATION; MECHANICS; NATIONAL ORGANIZATIONS; NUMERICAL DATA; OXYGEN COMPOUNDS; POWER REACTORS; REACTOR ACCIDENTS; REACTOR COMPONENTS; REACTORS; SEPARATION PROCESSES; SIMULATION; SURFACE COATING; TESTING; THERMAL REACTORS; WATER COOLED REACTORS; WATER MODERATED REACTORS
Optional Information
- Contract/Grant/Project number
- Foerderkennzeichen BMWi RS1571
- Funding organization
- Bundesministerium f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r Wirtschaft und Energie (BMWi), Berlin (Germany)