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.

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