A computational framework for drop time assessment of a control element assembly under fuel assembly deformations with fluid-structure interaction and frictional contact

임대근; 이길영; 박남규; 박용화

doi:10.1016/j.net.2024.05.023

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자료유형: 학술저널

저자정보: 임대근 (한국과학기술원) 이길영 (한국원자력연구원) 박남규 (한전원자력연료 (주)) 박용화 (한국과학기술원)

저널정보: 한국원자력학회 Nuclear Engineering and Technology Nuclear Engineering and Technology Vol.56 No.8

발행연도: 2024.8

수록면: 3,450 - 3,462 (13page)

DOI: 10.1016/j.net.2024.05.023

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This paper presents a computational framework for drop time assessment of a control element assembly (CEA) under fuel assembly (FA) deformations. The proposed framework consists of three key components: 1) finite element modeling of CEA, 2) fluid-structure interaction to compute drag force, and 3) modeling of frictional contact between CEA and FA. Specially, to accommodate the large motion of CEA, beam elements based on absolute nodal coordinate formulation (ANCF) are adopted. The continuity equation is utilized to calculate the drag force, considering flow changes in the cross-sectional area during the CEA drop. Lastly, beam-inside-beam frictional contact model is employed to capture practical contact conditions between CEA and FA. The proposed framework is validated through experiments under two scenarios: free falls of CEA within FA, encompassing undeformed and deformed scenarios. The experimental validation of the framework demonstrated that the drop time of CEA can be accurately predicted under the complex coupling effects of fluid and frictional contact. The drop times of the S-shaped deformation case is longer than those of the C-shaped deformation case, affirming the time delay due to frictional force. The validation confirms the potential applicability to access the safety and reliability of nuclear power plants under extreme conditions.

#Control element assembly drop simulation #Fluid-structure interaction #Beam-inside-beam contact #Experimental validation

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