Fuel-to-cladding heat transfer coefficient into reactor fuel element
Creators
- 1. Kernforschungszentrum Karlsruhe G.m.b.H. (Germany, F.R.). Inst. fuer Reaktorentwicklung
Description
Models describing the fuel-to-cladding heat transfer coefficient in a reactor fuel element are reviewed critically. A new model is developed with contributions from solid, fluid and radiation heat transfer components. It provides a consistent description of the transition from an open gap to the contact case. Model parameters are easily available and highly independent of different combinations of material surfaces. There are no restrictions for fast transients. The model parameters are fitted to 388 data points under reactor conditions. For model verification another 274 data points of steel-steel and aluminium-aluminium interfaces, respectively, were used. The fluid component takes into account peak-to-peak surface roughnesses and, approximatively, also the wavelengths of surface roughnesses. For minor surface roughnesses normally prevailing in reactor fuel elements the model asymptotically yields Ross' and Stoute's model for the open gap, which is thus confirmed. Experimental contact data can be interpreted in very different ways. The new model differs greatly from Ross' and Stoute's contact term and results in better correlation coefficients. The numerical algorithm provides an adequate representation for calculating the fuel-to-cladding heat transfer coefficient in large fuel element structural analysis computer systems. (orig.)
Abstract (German)
Modelle zum Waermedurchgang im Bereich zwischen Huelle und Brennstoff eines Brennstabs werden kritisch untersucht. Es wird ein neues Modell entwickelt, das aus einem Spaltanteil, einem Strahlungsanteil und einem Kontaktterm besteht. Dieses Modell beschreibt den Uebergang vom offenen Spalt zum Kontaktfall in sich konsistent, es enthaelt nur leicht zugaengliche Stoff-und Geometrieparameter, es weist eine sehr weitgehende Unabhaengigkeit von verschiedenen Werkstoffpaarungen auf, und es enthaelt keine Einschraenkungen im Hinblick auf die Anwendung von schnell ablaufenden Stoerfaellen. Das Modell wird an 388 Messpunkten unter Reaktorbedingungen geeicht. Fuer Voruntersuchungen wurden weitere 274 Messpunkte an St-St-bzw. Al-Al-Paarungen verwendet. Im Spaltenanteil werden sowohl Einfluesse von Rauhigkeitsspitzen als auch von Welligkeiten naeherungsweise beruecksichtigt. Fuer geringe Einfluesse von Rauhigkeiten, wie sie beim Brennstab vorliegen, gehen die entwickelten Gleichungen in das klassische Modell fuer den Waermedurchgang im offenen Spalt von Ross und Stoute ueber, das somit bestaetigt wird. Im Kontaktfall kann das vorliegende experimentelle Material auf sehr verschiedene Weise interpretiert werden. Eine neu entwickelte Korrelation unterscheidet sich wesentlich vom Kontaktterm wie er im Ross und Stoute-Modell verwendet wird und fuehrt zu besseren Korrelationskoeffizienten. Der gesamte entwickelte Formelapparat zur Berechnung des Waermedurchgangs eignet sich speziell fuer den Einsatz im Rahmen von integralen Brennstab-Rechenprogrammen. (orig.)Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Zum Waermedurchgang im Bereich zwischen Huelle und Brennstoff eines Brennstabes
Publishing Information
- Journal Title
- Waerme- Stoffuebertrag.
- Journal Volume
- 12
- Journal Issue
- 3/4
- Series
- Waerme- Stoffuebertrag.
- Journal Page Range
- 185-202
- ISSN
- 0042-9929
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 11518025
- Subject category
- S22: GENERAL STUDIES OF NUCLEAR REACTORS;
- Descriptors DEI
- FUEL CANS; FUEL RODS; FUEL-CLADDING INTERACTIONS; HEAT TRANSFER; ROUGHNESS; U CODES
- Descriptors DEC
- COMPUTER CODES; ENERGY TRANSFER; FUEL ELEMENTS; REACTOR COMPONENTS; SURFACE PROPERTIES