Gases such as hydrogen and radon can be generated around the canister in high-level radioactive waste disposal systems due to several reasons including the corrosion of metal materials. When the gas generation rate exceeds the gas diffusion rate in the low-permeability bentonite buffer, the gas phase will form and accumulate in the engineered barrier system. If the gas pressure exceeds the gas entry pressure, gas can migrate into the bentonite buffer, resulting in pathway dilation flow and advective flow. Because a sudden occurrence of dilation flow can cause radionuclide leakage out of the engineered barrier of the radioactive waste disposal system, it is necessary to understand the gas migration behavior in the bentonite buffer to quantitatively evaluate the long-term safety of the engineered barrier. Experimental research investigating the characteristics of gas migration in saturated bentonite and research developing numerical models capable of simulating such behaviors are being actively conducted worldwide. In this technical note, previous gas injection experiments and the numerical models proposed to verify such behaviors are introduced, and the future challenges necessary for the investigation of gas migration are summarized.
Kim, Tag-Gyeom;Kim, Do-Sam;Cho, Yong-Hwan;Lee, Kwang-Ho
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.33
no.5
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pp.203-216
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2021
Analyzing various wave interactions with oscillating wave surge converters (OWSC) is essential because they must be operated efficiently under a wide range of wave conditions and designed to extract optimal wave energy. In the conceptual design and development stage of OWSC, numerical analysis can be a good alternative as a design tool. This study performed a numerical analysis on the behavioral characteristics of the inverted triangle flap against the incident waves using open source CFD to examine the essential behavioral attributes of OWSC. Specifically, the behavioral characteristics of the structure were studied by calculating the free water surface displacement and the flap rotation angle near the inverted triangular flap according to the change of the period under the regular wave conditions. By comparing and examining the numerical analysis results with the hydraulic model experiments, the validity of the analysis performed and the applicability in analyzing the wave-structure interactions related to OWSC was verified. The numerical analysis result confirmed that the hydrodynamic behavior characteristic due to the interactions of the wave and the inverted triangle flap was well reproduced.
Tai, Myungsik;Lee, Yebin;Oh, Sejong;Shin, Jeongwoo;Lim, Joosup;Park, Donghun
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.2
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pp.107-120
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2021
Electric-powered distributed propulsion aircraft possess a complex wake flow and mutual interference with the airframe, due to the use of many propellers. Accordingly, in the early design stage, rapid aerodynamic and load analysis considering the effect of propellers for various configurations and flight conditions are required. In this study, an efficient panel-based aerodynamic analysis method that can take into account the propeller effects is developed and validated. The induced velocity field in the region of propeller wake is calculated based on Actuator Disk Theory (ADT) and is considered as the boundary condition at the vehicle's surface in the three-dimensional steady source-doublet panel method. Analyses are carried out by selecting an isolated propeller of the Korea Aerospace Research Institute (KARI)'s Quad Tilt Propeller (QTP) aircraft and the propeller-wing configuration of the former experimental study as benchmark problems. Through comparisons with the results of computational fluid dynamics (CFD) based on actuator methods, the wake velocity of propeller and the changes in the aerodynamic load distribution of the wing due to the propeller operation are validated. The method is applied to the analysis of the Optional Piloted Personal Aerial Vehicle (OPPAV) and QTP, and the practicality and validity of the method are confirmed through comparison and analysis of the computational time and results with CFD.
Kim, Min-Choul;Shon, Byung-Hyun;Lee, Jae-Jeong;Park, Hung-Suck
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.6
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pp.460-468
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2021
This study investigated the enhanced combustion efficiency of an "air-cooled combustion system" with single F.D. fan, and performed a numerical analysis for the operation and design conditions to increase the combustion efficiency. The combustion efficiency in an actual combustor was compared before and after the structure modification. Numerical analysis for application of a single fan revealed the difficulty of forming a turbulence for circular combustion conditions. This is because the supply ratio of combustion air supplied into 2 flow paths becomes irregular in the combustion furnace due to a change in friction force and pressure in each flow path. Subsequently, two methods of supplying air into the combustion furnace were analyzed numerically to obtain the optimal combustion conditions of an air-cooled combustion system. The first method involved injecting the preheated combustion air after a 180~360 degree rotation from the outer wall, whereas in the second method, the combustion air was injected into the combustion furnace in a tangential direction after primary heat exchange outside the combustion furnace, by applying a rotatable vane structure in the combustion furnace. Results reveal that application of a single F.D. fan to the air injection into a rotatable combustion furnace is desirable for optimization of the combustion conditions for applying a duct structure having a dual cooling wall for the cooling of the outer wall of the combustion furnace, and for maintaining perfect mixing in the combustion furnace. We therefore confirmed enhanced combustion efficiency by comparing the actual combustion efficiency before and after structure modification.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.8
no.4
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pp.571-580
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2020
In this study, an experimental study on storage media for thermal energy storage system was conducted. For thermal energy storage medium, concrete has excellent thermal and mechanical properties and also has various advantages due to its low cost. In addition, the ultra-high strength concrete reinforced by steel fibers exhibits excellent durability against exposure to high temperatures due to its high toughness and high strength characteristics. Moreover, the high thermal conductivity of steel fibers has an advantageous effect on heat storage and heat dissipation. Therefore, to investigate the temperature distribution characteristics of ultra-high-strength concrete, concrete blocks were fabricated and a heating test was performed by applying high-temperature thermal cycles. The heat transfer pipe was buried in the center of the concrete block for heat transfer by heat fluid flow. In order to explore the temperature distribution characteristics according to different shapes of the heat transfer pipe, a round pipe and a longitudinal fin pipe were used. The temperature distribution at the differnent thermal cycles were analyzed, and the thermal energy and the cumulated thermal energy over time were calculated and analyzed for comparison based on test results.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.4
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pp.620-631
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2022
This paper shows the numerical prediction of the change in oil outflow rate according to the orifice shape of a damaged ship by using the computational fluid dynamics (CFD) analysis method. It also provides discharge coefficients for various orifice shapes to be used in theoretical prediction approaches. The oil outflow from the model ship was analyzed using a multiphase flow method under the condition that the Froude and Reynolds number similitudes were satisfied. The present numerical results were verified by comparing them with the available experimental data. Along with the aspect ratio of the orifice and the wall thickness of the cargo tank, the effects of the orifice shapes defined by mathematical figures on the oil outflow were investigated. To consider more realistic situations, the investigation of the ef ect of the crushed iron plate around the damaged part was also included. The numerical results confirmed the change in oil outflow time for various shapes of the damaged part of the oil tank, and discharge coefficients that quantify the viscous effects of those orifice shapes were extracted. To verify the predicted discharge coefficients, they were applied to an oil spill estimation equation. As a result, a good agreement between the CFD and theoretical results was obtained.
This study investigated the effects of the urban forest and street trees on flow and temperature distribution in the Daegu National Debt Redemption Movement Memorial Park. For this, we implemented tree-drag and tree-cooling parameterization schemes in a computational fluid dynamics (CFD) model and validated the simulated wind speeds, wind directions, and air temperatures against the measured ones. We used the wind speeds, wind directions, air temperatures predicted by the local data assimilation and prediction system (LDAPS) as the inflow boundary conditions. To investigate the flow and thermal characteristics in the presence of trees in the target area, we conducted numerical experiments in the absence and presence of trees. In the absence of trees, strong winds and monotonous flows were formed inside the park, because there were no obstacles inducing friction. The temperature was inversely proportional to the wind speed. In the presence of trees, the wind speeds(temperatures) were reduced by more than 40 (5)% inside the park with a high planting density due to the tree drag (cooling) effect, and those also affected the wind speeds and temperatures outside the park. Even near the roadside, the wind speeds and temperatures were generally reduced by the trees, but the wind speeds and air temperatures increased partly due to the change in the flow pattern caused by tree drag.
In this study, we analyzed the effects of trees planted in urban areas on PM2.5 reduction using a computational fluid dynamics (CFD) model. For realistic numerical simulations, the meteorological components(e.g., wind velocity components and air temperatures) predicted by the local data assimilation and prediction system (LDAPS), an operational model of the Korea Meteorological Administration, were used as the initial and boundary conditions of the CFD model. The CFD model was validated against, the PM2.5 concentrations measured by the sensor networks. To investigate the effects of trees on the PM2.5 reduction, we conducted the numerical simulations for three configurations of the buildings and trees: i) no tree (NT), ii) trees with only drag effect (TD), and iii) trees with the drag and dry-deposition effects (DD). The results showed that the trees in the target area significantly reduced the PM2.5 concentrations via the dry-deposition process. The PM2.5 concentration averaged over the domain in DD was reduced by 5.7 ㎍ m-3 compared to that in TD.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1244-1251
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2022
Marine accidents due to a loss of stability, have been gradually increasing over the last decade. Measures must be taken on the roll reduction of a ship. Amongst the measures, building an anti-roll tank in a ship is recognized as the most simple and effective way to reduce the roll motion. Therefore, this study aims to develop a computational model for a U-tube type anti-roll tank and to validate it by experiment. In particular, to validate the developed computational model, the height of the free surface in the tank was measured in the experiment. To develop a computational model, the mesh dependency test was carried out. Further, the effects of a turbulence model, time step size, and the number of iterations on the numerical solution were analyzed. In summary, a U-tube type anti-roll tank simulation had to be performed accurately with conditions of a realizable k-𝜖 turbulence model, 10-2s time step size, and 15 iterations. In validation, the two cases of measured data from the experiment were compared with the numerical results. In the present study, STAR-CCM+ (ver. 17.02), a RANS-based commercial solver was used.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.5
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pp.512-519
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2023
Noise pollution poses significant challenges to human well-being and marine ecosystems. It is primarily caused by the flow around ships and marine installations, emphasizing the need for accurate noise evaluation of flow noise to ensure environmental safety. Existing flow noise analysis methods for underwater environments typically use a hybrid method combining computational fluid dynamics and Ffowcs Williams-Hawkings acoustic analogy. However, this approach has limitations, neglecting near-field effects such as reflection, scattering, and diffraction of sound waves. In this study, an alternative using direct method flow noise analysis via the lattice Boltzmann method (LBM) is incorporated. The LBM provides a more accurate representation of the underwater structural boundaries and acoustic wave effects. Despite challenges in underwater environments due to numerical instabilities, a novel DM-TS LBM collision operator has been developed for stable implementations for hydroacoustic applications. This expands the LBM's applicability to underwater structures. Validation through flow noise analysis in pipe orifice demonstrates the feasibility of near-field analysis, with experimental comparisons confirming the method's reliability in identifying main pressure peaks from flow noise. This supports the viability of near-field flow noise analysis using the LBM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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