As interests in high burn up are increasing, Axial Offset Anomaly (AOA) receives attentions and is considered as one of the key issues that we are facing. Therefore, it is necessary to clearly understand the thermal hydraulic performance of CRUD, which is one of root causes of AOA, as it affects heat and mass transfer mechanisms on cladding surface.
The KAIST AOA experiment has been conducted under Pressurized Water Reactor (PWR) operating condition. It successfully generated CRUD deposited on the test rod surface of the heated section. Also, post-examinations have been performed to measure thickness and porosity, and to analyze the composition of the CRUD.
In this study, sensitivity studies were done for CRUD characteristics, and it was concluded that CRUD characteristics, except CRUD thickness, are not taking a significant role in regarding the overall heat transfer coefficient. The three-CRUD regime model is suggested to develop an empirical correlation of the overall heat transfer coefficient for CRUD thickness estimation using WALT experimental database: early CRUD regime, transition CRUD regime, and fully developed CRUD regime. In the early cruded regime, the overall heat transfer coefficient has a constant value which is the same as that estimated with the clean cladding, since the CRUD is not thick enough to interrupt the heat transfer on cladding surface. On the other hand, when CRUD thickness exceeds a critical thickness, the overall heat transfer coefficient decreases as CRUD gets thicker. In the fully developed cruded regime, the overall heat transfer coefficient has a constant value as CRUD thickness increases beyond a threshold value.
The KAIST CRUD thickness estimation model is also validated with the data of the KAIST AOA experiment. Through the comparison with experimental data of the crud thickness from the KAIST AOA experiment and the WALT experiment, it turns out that the model can predict them within 30.96% of average Root Mean Square Error (RMSE).
고 연소도 핵연료에 대한 관심이 증가함에 따라, 축방향 출력분포 이상은 주요 문제로 고려되고 있다. 또한, 크러드는 축방향 출력분포 이상의 주요 원인 중 하나로 알려져 있다. 이에 따라, 핵연료 피복재 표면에서의 열 전달 및 물질 전달 현상에 영향을 미치는 크러드의 열수력적 거동을 이해하는 것이 중요하다.
KAIST 축방향 출력분포 이상에 대한 실험은 가압경수로의 운전 조건에서 시행되었으며, 시편의 가열 구간 표면에서 크러드의 침적을 확인하였다. 또한, 후행 시험을 통하여 크러드의 두께와 기공도를 측정하였으며, 구성 성분에 대한 분석이 진행되었다.
크러드 특성에 대한 민감도 연구가 수행되었으며, 크러드의 두께를 제외한 다른 크러드 특성들은 총괄 열전달 계수에 크게 기여하지 않음을 확인하였다. 크러드 두께 예측을 위한 총괄 열전달 계수 모델을 실험적으로 개발하기 위하여 세가지 크러드 영역을 제시하였으며 이는, 초기 크러드 영역과 전이 크러드 영역 그리고 완전 발달 크러드 영역으로 구성되어있다. 초기 크러드 영역에서의 총괄 열전달 계수는 깨끗한 표면에서의 계수와 같은 값으로 일정한 값을 유지하며, 이는 얇은 크러드 두께로 인해 피복재 표면에서의 열전달 성능을 저하시키지 못하기 때문이다. 하지만, 임계 두께이상 크러드가 침적되는 경우, 크러드 두께가 증가함에 따라 총괄 열전달 계수는 감소하며 이를 전이 크러드 영역이라고 한다. 한계 크러드 두께 이상의 크러드가 침적되는 경우 완전 발달 크러드 영역으로 정의하며, 이 영역에서의 총괄 열전달 계수는 일정한 값을 같는다.
크러드 두께 예측 모델은 KAIST 축방향 출력분포 이상 실험의 결과로 검증되었다. KAIST 실험과 WALT 실험의 크러드 측정 두께와 모델을 비교한 결과, 크러드 두께 예측 모델은 30.96%의 평균제곱오차의 제곱근 값을 갖는 범위 내에서 예측함을 확인하였다.
