Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7353

Application of the SVECHA/QUENCH Code to the Simulation of the Bundle Tests QUENCH-06 and QUENCH-12

A.V. Palagin, J. Stuckert

Abstract
SVECHA/QUENCH code was applied to the simulation of the bundle tests QUENCH-06 and QUENCH-12. Test QUENCH-06 (OECD International Standard Problem, ISP-45) is considered as a reference test for the other QUENCH bundle tests with different materials or geometry. So, the QUENCH-12 test was performed with scenario similar to QUENCH-6, but different materials and bundle geometry (VVER Zr1%Nb cladding, hexagonal lattice). The main aim of the present work is to compare the results of the QUENCH-06 and QUENCH-12 tests with those obtained by the S/Q code calculations. The simulation was performed within the framework of the ‘effective channel approach’, which has been developed and applied to a number of QUENCH bundle tests performed earlier. The experimentally measured temperatures of the heated rods were processed, smoothed and then used as boundary conditions for the central rod. The calculations of both tests adequately reproduce the temperature evolution of the central rod at different elevations for the whole test duration including the quenching phase. The calculated axial oxide profile agrees quite well with the experimental data in the case of QUENCH-06. In the case of the QUENCH-12 test the experimentally measured oxide thickness was significantly higher than the calculated one due to breakaway effect. The calculated hydrogen production rate as a function of time is well reproduced in comparison with the experimentally measured one during the preoxidation and transient phase of both tests. At the end of transient and quenching phases, however, calculations underestimate hydrogen production rate.

Anwendung des SVECHA/QUENCH-Rechenprogramms für die Modellierung der Bündelversuche QUENCH-06 und QUENCH-12

Zusammenfassung
Für die Modellierung der Bündelversuche QUENCH-06 und QUENCH-12 wurde das Rechenprogramm SVECHA/QUENCH angewendet. Der Versuch QUENCH-06 (Basis für das Internationale Standardproblem ISP-45 der OECD) gilt als Referenzversuch für andere Bündeltests mit unterschiedlichen Konstruktionsmaterialen und Geometrien, wie z. B. QUENCH- 12. So wurde der Versuch QUENCH-12 mit dem QUENCH-06-Szenarium durchgeführt, das Testbündel hatte aber die VVER-Geometrie und bestand aus Materialien, die für russische VVER-Reaktoren typisch sind (Hüllrohrlegierung Zr1%Nb, hexogonale Anordnung der Brennstäbe). Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist der Vergleich der Versuchsergebnisse mit den rechnerischen SVECHA-Ergebnissen für die Versuche QUENCH-06 und QUENCH-12. Die Simulation wurde auf der Basis des sog. Effektiv-Kanal-Modells durchgeführt. Dieses Modell wurde bereits für die Modellierung der früheren QUENCH-Versuche verwendet. Die gemessenen Temperaturen waren geglättet und als Randbedingungen für den Zentralstab verwendet worden. Die Rechnungen geben den Temperatur-Zeit-Verlauf des Zentralstabs bei unterschiedlichen Bündelhöhen während der jeweiligen gesamten Versuchsdauer inklusive Abschreckphase für beide Versuche angemessen wieder. Die berechnete axiale Oxidschichtverteilung entspricht ganz gut den experimentellen Daten für den Versuch QUENCH-06. Für den Fall des Versuches QUENCH-12 waren die gemessenen Oxidschichtdicken deutlich höher wegen der Abplatzungen der Oxidschicht während des Versuches (sog. Breakaway-Effekt). Die berechnete Produktionsrate des Wasserstoffes während der Voroxidation und in den Übergangsphasen stimmt mit den gemessenen Werten für beide Versuche überein. Am Ende der transienten Aufheizphase und beim Abschrecken wird die gerechnete Produktionsrate des Wasserstoffes allerdings unterschätzt.

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