One-dimensional two-phase flow drift flux model for a BWR rod bundle under conditions of low flow rate and wide range of pressures

The drift-flux model is one of the most widely used thermal-hydraulic approach for engineering application, and in the past many experimental results have found confirmation on it, from the first formulations made by Zuber and Ishii, up to the most recent studies on BWR rod bundles under accident conditions. Based on this model, a new correlation for the prediction of the area-averaged void fraction in rod bundle has been developed to cover a wide range of conditions in term of pressure, mass flux and geometry. Starting from the 2012 work by Chen et al., that gave good results for void fraction in pool rod bundle systems under atmospheric pressure, a similar methodology has been implemented to develop a model that takes into account the variation of parameters such as pressure and liquid mass flux to obtain better prediction. A new experimental database has been used to build the model and the data from previous experiments have been used to confirm its validity. Since this kind of study finds its applicability to accident scenarios, it has been tested also on the data from past boil-off experiments. In addition, taken into account the measurements and the observations made by Katono et al. about the influence of the rod pitch on the boiling pattern, a specific part of the model was developed for the tight lattice configuration. In conclusion, at the expense of complexity, the present model gives appreciably good results. Other similar correlations have been applied to the same database for comparison and discussion.

Il modello drift-flux è uno più usati a livello ingegneristico per gli studi di termoidraulica, e in campo nucleare per lo studio dei principali parametri che riguardano la sicurezza dei reattori. Grazie alla sua facile applicabilità, numerosi risultati sperimentali hanno trovato riscontro con esso in passato, a partire dalle prime correlazioni sviluppate da Ishii negli anni '70 , fino ai più recenti studi sui moduli di barre di combustibile (rod bundle) dei reattori BWR, che ne simulano le condizioni incidentali. Basandosi sul modello drift flux, con il presente lavoro è stata sviluppata una nuova correlazione termoidraulica capace di predire l'andamento della frazione di vuoto nei punti nevralgici del fascio di barre. Questa correlazione è stata pensata per essere valida su un ampio spettro di condizioni per quanto riguarda la pressione, il flusso di massa e la geometria delle barre. A partire dal lavoro del 2012 di Chen et al., che presenta buoni risultati per sistemi di barre immerse in piscina di acqua bollente a pressione atmosferica, una simile metodologia è stata usata per sviluppare un modello che consideri la variazione di parametri quali la pressione e il flusso volumetrico di liquido per ottenere migliori risultati predittivi. A tal fine, un nuovo database sperimentale è stato usato, così come anche dati da precedenti esperimenti, in modo da confermare i risultati del nuovo modello. Dal momento che questo tipo di studio trova la sua naturale applicazione nello studio di situazioni incidentali, esso è stato anche testato su dati presi da passati esperimenti di boil-off delle barre di combustibile. Inoltre, a partire dalle misure e dalle considerazioni fatte da Katono et al. sull'influenza che il passo tra le barre ha sul profilo di ebollizione, è stata sviluppata una parte di modello da applicare a reticoli aventi geometria dal passo più ridotto (tight lattice). In conclusione, a spese di una complessità maggiore, il nuovo modello presenta buone capacità predittive. Altre correlazioni per la frazione di vuoto sono state testate sullo stesso insieme di dati per essere confrontate con il presente modello.