The three-dimensional turbulent flow in curved pipes susceptible to flow-accelerated corrosion has been analyzed numerically to predict the pressure and shear stress distributions on the inner surface of the pipes. The analysis employs the body-fitted non-orthogonal curvilinear coordinate system and a standard $ {\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model with wall function method. The finite volume method is used to discretize the governing equations. The convection term is approximated by a high-resolution and bounded discretization scheme. The cell-centered, non-staggered grid arrangement is adopted and the resulting checkerboard pressure oscillation is prevented by the application of a modified version of momentum interpolation scheme. The SIMPLE algorithm is employed for the pressure and velocity coupling. The numerical calculations have been performed for two curved pipes with different bend angles and curvature radii, and discussions have been made on the distributions of the primary and secondary flow velocities, pressure and shear stress on the inner surface of the pipe to examine applicability of the present analysis method. As the result it is seen that the method is effective to predict the susceptible systems or their local areas where the fluid velocity or local turbulence is so high that the structural integrity can be threatened by wall thinning degradation due to flow-accelerated corrosion.
국내를 포함한 전 세계 50여개 원전의 발전사업자는 유동가속부식에 의한 탄소강 배관 감육을 관리하기 위하여 CHECWORKS 프로그램을 이용하고 있다. CHECWORKS 프로그램은 대구경 배관에만 적용 가능한 것으로 알려져 있기 때문에 소구경 배관에 대해서는 현장 배관감육 관리 담당자의 경험과 판단에 따라 배관을 관리하고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 국내 원전 소구경 배관 4개 라인그룹에 대하여 CHECWORKS 프로그램과 FLUENT 코드를 이용하여 유동가속부식과 유동 특성을 분석하였다. 그 결과 현장 배관감육 관리 담당자의 기술력에 따라 CHEC- WORKS 프로그램도 소구경 배관 감육 관리에 이용할 수 있는 것으로 나타났다.
In this study, the performance of an impeller according to blade length and pitch angle was studied experimentally by building a variable pitch impeller while changing blade length to review the effect of blade length and pitch angle on a fan's performance. The pitch angle was changed in six steps from $20^{\circ}{\sim}45^{\circ}$ at intervals of $5^{\circ}$ while the blade lengths were changed to 90 mm, 100 mm, 110 mm and 120 mm with an identical airfoil shape while carrying out the experiment. The results are summarized as follows : The air flow per static pressure of axial fans increased linearly with increase of pitch angle, but the high static pressure showed a decrease at a pitch angle of $35^{\circ}$. The shaft power increased proportionally to the pitch angle at all blade lengths; the larger the pitch angle, the larger the measured increase of shaft power. This is because the drag at the fan's front increases with the pitch angle. In the axial fans considered in this research, the flow and incre.
이상으로부터 부분 캐비테이션이 발생하는 익형에 대하여 지금까지 사용된 경계층 제어법과는 달리 전자력 가속에 의하여 익형의 전연 부근에서 흐름을 가속시킨 결과 경계층의 억제에 의해 부분 캐비테이션의 두께 및 길이가 다소 감소하였음을 알 수 있었다. 앞으로의 연구는 캐비테이션의 종류 및 조건들에 맞는 최적의 유동속도 가속장치 설계가 이루어 져야 할 것으로 생각된다.
Flight bodies are subject to highly unstable and severe flow conditions during taking-off and landing periods. In this situation, the flight bodies essentially experience accelerating or decelerating flows, and the aerodynamic characteristics can be completely different from those of steady flows. In the present study, unsteady aerodynamic characteristics of an aerofoil accelerating at subsonic speeds are investigated using a computational method. Two-dimensional, unsteady, compressible Navier-Stokes simulations are conducted with a one-equation turbulence model, Spalart-Allmaras, and a fully implicit finite volume scheme. An acceleration factor is defined to specify the unsteady aerodynamics of the aerofoil. The results show that the acceleration of the subsonic aerofoil generally leads to a variation in aerodynamic characteristics and it is more significant at angles of attack.
The impulsive spin-up flow in a shallow rectangular container is analyzed numerically by quasi 3-D unsteady laminar flow. In the non-inertia coordinates, the flow is generated by the virtual forces as Coriolis force, etc.. After the boundary layers grow up near sidewalls, primary vortexes separate from the sidewalls. As the Reynolds number increases, the subsidiary vortexes take place in the boundary layer. The rigid body rotation is started from the inner region and propagated to the outer region, finally all the fluid reaches the rigid body rotation. According to the Reynolds number and the aspect ratio, the development of vortex pattern is symmetric or asymmetric.
To mitigate the effects of cavitation and flashing, several types of orifices have been installed in the pipeline of new nuclear power plants. To review the effects of wall thinning caused by flow-accelerated corrosion by the types of orifices, which are cone and plate, and the relation between flow behavior and local wall thinning, experiments and numerical analyses for the downstream pipe of two types of orifices were performed. The experimental results in terms of static pressure obtained for the experimental facilities were compared with those of three-dimensional (3D) numerical analyses using the FLUENT code. As the results of review of flow-accelerated corrosion effects based on the experiment and numerical analysis, it was identified that the orifice of cone-type can be comparatively mitigated the effects of cavitation and flashing, but can not be mitigated the effect of flow-accelerated corrosion.
스탠포드 대학의 expansion tube 장치를 이용한 램 가속기의 유동장의 실험적 연구와 비교를 위하여 정상 및 비정상 상태의 수치모사를 수행하였다. 수소/공기 연소에 대하여 9 화학종 19 반응 단계를 가지는 Jachimowski의 화학반응 모델을 이용하여 화학 반응 유동에 대한 Navier-Stokes 방정식을 시간 정확도를 가지는 완전 내재적수치 기법을 이용하여 해석하였다. 정상 상태 가정을 이용한 수치해석은 $2H_2$+$O_2$+$17N_2$에 대하여 쉴리렌 및 OH PLIF 을 이용하여 실험적으로 얻어진 영상과 부합하는 좋은 결과를 보였으나 $2H_2$+$O_2$+$12N_2$ 혼합기에 대해서는 충격파 교차점 후방의 연소 영역을 모사하지 못하였다. 따라서 이 경우에 대하여 비정상 수치 모사를 수행하였으며 자세한 유동 안정화 과정을 보여 주었다. 비정상 수치 모사의 결과로부터 실험적으로 얻어진 영상은 유동 안정화 단계의 일시적 상태의 결과로 보인다. 충격파 교차점 후방의 연소 영역은 유동이 안정화되는 초기 단계에 존재하는 강한 경사 충격파가 교차하여 발생하는 수직 폭굉파의 결과이다. 최종 단계에서 충격파 교차점 이후의 연소 영역은 사라지며 정상 상태의 결과가 얻어진다. 램 가속기 모델 내부의 화학반응 유동이 안정화되는데 필요한 시간은 실험적인 시험 시간과 비교하여 매우 긴 것으로 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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