Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6676
Validation
of the Reflood Model of the RELAP5/MOD3.2.2Gamma using Experimental Data from
the Integral Facility PKL-IIB.5
Víctor
Hugo Sánchez-Espinoza
Abstract
In
the framework of the Code
Assessment and Maintenance Program (CAMP) of the US NRC the reflood model of
the RELAP5 code is being validated at Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) using
data from the test PKL-IIB.5.
The
Primärkreislauf-(PKL) test IIB.5 simulates a double-ended break of the cold leg
of a German 1300 MWe PWR with emphasis on the reflood heat transfer phenomena.
The PKL-facility includes all major primary coolant circuit components and some
secondary components, and a containment.
After
transient initiation the coolant is dumped to the containment while the ECC-systems (accumulators and low
pressure injection systems) inject a large amount of cold water leading to a
progressive core rewetting. Under such conditions complex heat transfer
mechanisms take place in the core region.
A novel
reflood model, developed at PSI, was implemented in the code version
RELAP5/MOD3.2.2Gamma (322G). The heat transfer coefficient in the film and
transition boiling flow regime is dependent on the distance from the quench
front. The transition boiling heat transfer is predicted by the empirical
Weisman correlation.
The
post-test calculation of the PKL-IIB.5 test showed that the PSI-reflood model
is able to describe the reflooding process in an reasonable manner. But the
empirical Weisman correlation tends to over-predict the transition boiling heat
transfer. Hence the semi-mechanistic FZK-transition boiling model was
implemented in RELAP5 instead of the Weisman correlation. The resulting code
version was named RELAP5/MOD3.2.2G+FZK (322G+FZK).
Based on the
re-calculation of the PKL-test with the modified RELAP5-version it can be
concluded that the rewetting temperature predicted by the FZK-transition
boiling model is much closer to the experimental data than that obtained using
the Weisman approach.
Results of
these investigations are presented and discussed in this report.
Qualifizierung des Flutmodells im RELAP5/MOD3.2.2Gamma
unter Verwendung experimenteller Daten aus der Integralanlage PKL-IIB.5
Zusammenfassung
In Rahmen des CAMP-Programms der US NRC wird das
Flutmodell des Progamms RELAP5 am Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) anhand der
Daten aus dem Versuch PKL-IIB5
validiert.
Der
Primärkreislauf-Versuch PKL-IIB.5
simuliert einen 2F-Bruch im
kalten Strang einer Hauptkühlmittelleitung eines deutschen 1300 MWe DWR,
insbesondere die Wärmeübergangsmechanismen während der Flutphase. In der
PKL-Anlage sind die wichtigen
Komponenten des Primärkühlkreislaufs, einige Komponente des Sekundärkreislaufes,
die Bruchstelle sowie das Containment nachgebildet.
Nach Störfallbeginn werden große
Primärkühlwassermengen durch das Leck in das Containment ausgeblasen.
Gleichzeitig speisen die Notkühlsysteme (Druckspeicher und
Niederdruck-Einspeisesysteme) so viel kaltes Wasser in den Primärkreislauf ein,
dass eine progressive Kernflutung zustande kommt. Unter solchen Bedingungen spielen sich komplexe
Wärmeübergangsmechanismen im Kernbereich ab.
Ein neuartiges vom PSI-entwickeltes Modell, welches
diese Wärmeübergangsprozesse beschreibt, wurde in die Version RELAP5/MOD3.2.2Gamma (322G)
implementiert. In diesem Modell
wurde die Berechnung des
Wärmeübergangs in Abhängigkeit vom Abstand zur Quenchfront im Film- und
Übergangssieden eingeführt. Der Wärmeübergangskoeffizient im
Übergangssiedebereich wird dabei durch die Weisman-Korrelation bestimmt.
Die Nachrechung des Versuchs PKL-IIB.5 hat gezeigt,
dass diese Version (322G) in der Lage ist, die wesentlichen Aspekte des
Flutprozesses zu beschreiben. Dennoch tendiert die Weisman Korrelation dazu,
den Wärmeübergang im Übergangssiedebereich zu überschätzen. Deshalb wurde das FZK-Übergangssiedemodell
anstelle der Weisman-Korrelation in RELAP5 implementiert. Die neue Version
wurde als RELAP5/MOD3.2.2G+FZK bezeichnet (322G+FZK).
Bei der erneuten Nachrechnung des PKL-Tests mit
322G+FZK wurden Wiederbenetzungstemperaturen berechnet, die in den verschiedenen axialen Segmenten, die
eine bessere Übereinstimmung mit den Messdaten als die mit der original
322G-Version berechneten Temperaturen aufweisen.
In diesem Bericht werden Ergebnisse dieser
Untersuchungen vorgestellt und diskutiert.
VOLLTEXT
BIBLIOTHEK