Jet impinging device is designed for decay heat removal on horizontal fuel rods in a low temperature heating reactor. An experimental system with a fuel rod simulator is established and experiments are performed to evaluate water film covering capacity, within 0.0287-0.0444 kg/ms mass flow rate, 0-164.1 kW/m2 heating flux and 13.8-91.4℃ feeding water temperature. An effective method to obtain the film coverage rate by infrared equipment is proposed. Water film flowing patterns are recoded and the film coverage rates at different circumference angles are measured. It is found the film coverage rate decreases with heating flux during single-phase convection, while increases after onset of nucleate boiling. Besides, film coverage rate is found affected by Marangoni effect and film accelerating effect, and surface wetting is significantly facilitated by bubble behavior. Based on the observed phenomenon and physical mechanism, dry-out depth and initial dry-out rate are proposed to evaluate film covering potential on a heating surface. A model to predict film coverage rate is proposed based on the data. The findings would have reliable guide and important implications for further evaluation and design of decay heat removal system of new reactors, and could be helpful for passive containment cooling research.
Kim, Yeongmin;Kim, Won Sik;Jung, Haejun;Chen, Kuan;Chun, Wongee
Journal of Energy Engineering
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v.26
no.1
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pp.9-22
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2017
A combined thermal and flow analysis was carried out to study the behavior and performance of a small, commercial LTD (Low-Temperature-Differential) heat engine. Laminar-flow solutions for annulus and channel flows were employed to estimate the viscous drags on the piston and the displacer and the pressure difference across the displacer. Temperature correction factors were introduced to account for the departure from the ideal heat transfer processes. The analysis results indicate that the work required to overcome the viscous drags on engine moving parts and to move the displacer is much smaller than the moving-boundary work produced by the power piston for temperature differentials in the neighborhood of $20^{\circ}C$ and engine speeds below 10 RPS. A comparison with experimental data reveals large degradations from the ideal heat transfer processes. Thus, heat-transfer devices inside the displacer cylinder are recommended.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.5
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pp.383-389
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2014
POD analysis has been done to investigate the internal flow characteristics using LES calculation results of hybrid rocket combustion chamber. The special emphasis was put on the change in the mode energy distribution caused by the installation of diaphragm compared to the baseline case. Also the comparison was made to investigate the effect of wall blowing on the changes in the mode energy between the regions near and far from the diaphragm. For baseline case, POD results clearly distinguish the primary mode containing most of flow energy from the rest of flow modes (2-9 mode) depicting small scale modes. Also, the increase in the energy of flow modes 2-5 is responsible for the formation of relatively large scale structures due to diaphragm. In addition, the comparison of mode energy distributions of flow fields with diaphragm shows similar patterns in both wall blowing and no blowing case. This implies that the local increase in regression rate just after the diaphragm is directly associated with the increase in energy distributions of 2-5 modes.
Kim, Eun Soo;Park, Hongrae;Kim, Dong Hwi;Baek, Hyung-min;Bernitsas, Michael M.
New & Renewable Energy
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v.16
no.1
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pp.31-40
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2020
Most countries in the world are trying to reduce the use of fossil fuels in the production of electricity and replace them with renewable energy technologies. In Korea, there are abundant ocean renewable energy sources that will play an important role in power generation in the future. This paper introduces a new tidal energy converter utilizing flow induced vibration (FIV), which can work efficiently, even in the currents slower than 1.0m/s. All tests were conducted at the Marine Renewable Energy Laboratory at the University of Michigan to examine the effects of the damping ratio of the electric generators on the power outputs and power efficiencies. In these tests, two identical circular cylinders were used, and passive turbulence controllers were applied to the surface of the cylinders to enhance the FIV. The experimental results showed that by using the two cylinders in the FIV, the power output and efficiency reached up to 31 W and 36%, respectively. In particular, the results showed that the power efficiency was higher at the relatively low flow speed (4
Silicon nanoparticle is a promising material for electronic devices, photovoltaics, and biological applications. Here, we synthesize silicon nanoparticles via $CO_2$ laser pyrolysis and study the hydrogen flow effects on the characteristics of silicon nanoparticles using high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray diffraction (XRD), and UV-Vis-NIR spectrophotometry. In $CO_2$ laser pyrolysis, used to synthesize the silicon nanoparticles, the wavelength of the $CO_2$ laser matches the absorption cross section of silane. Silane absorbs the $CO_2$ laser energy at a wavelength of $10.6{\mu}m$. Therefore, the laser excites silane, dissociating it to Si radical. Finally, nucleation and growth of the Si radicals generates various silicon nanoparticle. In addition, researchers can introduce hydrogen gas into silane to control the characteristics of silicon nanoparticles. Changing the hydrogen flow rate affects the nanoparticle size and crystallinity of silicon nanoparticles. Specifically, a high hydrogen flow rate produces small silicon nanoparticles and induces low crystallinity. We attribute these characteristics to the low density of the Si precursor, high hydrogen passivation probability on the surface of the silicon nanoparticles, and low reaction temperature during the synthesis.
An experimental study on post-CHF heat transfer has been performed with a $3\times3$ rod bundle using a vertical steam-water two-phase flow at low flow conditions. The effects of various parameters on the post-CHF heat transfer are investigated and the reasons for the parametric effects are discussed. As the heat transfer regime changes from CHF to post-CHF, the radial wall temperature distribution is changed depending on the pressure and the mass flux conditions. The superheat of the fluid increases considerably with an increase of the wall temperature (or heat flux) and with a decrease of the mass flux. This implies, indirectly, a strong thermal non-equilibrium at high wall temperature and low mass flux conditions. In order to improve the prediction accuracy of the existing post-CHF correlations, it is necessary to perform more experiments, particularly direct measurement of the vapor superheat, and to modify the correlation by considering a strong thermal non-equilibrium at low flow and low pressure conditions.
Jo, Chul-Hee;Lee, Kang-Hee;Kim, Do-Youb;Goo, Chan-Hoe
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.1
no.3
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pp.176-185
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2015
Recently, focus has been placed on ocean energy resources because environmental concerns regarding the exploitation of hydrocarbons are increasing. Tidal current power, one of the ocean energy resources, has great potential worldwide due to its high energy density. The flow velocity is the most crucial factor for the power estimation of TCP(Tidal Current Power) system since the kinetic energy of the flow is proportional to the cube of the flow speed. So sufficient inflow speed to generate electricity from the tidal current power is necessary. A duct system can accelerate the flow velocity, which could expand the applicable area of TCP systems to relatively lower velocity sites. The shapes of the inlet and outlet could affect the flow rate inside the duct. To investigate the performance of the duct, various ducts were preliminary designed considering the entire system that is single-point moored TCP system and a series of simulations were carried out using ANSYS-CFX v13.0 CFD software. This study introduces a ducted turbine system that can be moored to a seabed. A performance estimation and comparison of results with conventional tidal converters were summarized in this paper.
Tak, Nam-Il;Kim, Min-Hwan;Lim, Hong-Sik;Noh, Jae Man;Drzewiecki, Timothy J.;Seker, Volkan;Downar, Thomas J.;Kelly, Joseph
Nuclear Engineering and Technology
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v.45
no.6
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pp.745-752
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2013
For thermo-fluid and safety analyses of a High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR), intensive efforts are in progress in the developments of the GAMMA+ code of Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) and the AGREE code of the University of Michigan (U of M). One of the important requirements for GAMMA+ and AGREE is an accurate modeling capability of a bypass flow in a prismatic core. Recently, a series of air experiments were performed at Seoul National University (SNU) in order to understand bypass flow behavior and generate an experimental database for the validation of computer codes. The main objective of the present work is to validate the GAMMA+ and AGREE codes using the experimental data published by SNU. The numerical results of the two codes were compared with the measured data. A good agreement was found between the calculations and the measurement. It was concluded that GAMMA+ and AGREE can reliably simulate the bypass flow behavior in a prismatic core.
Chun Kun Ho;Hwang Young Dong;Yoon Han Young;Kim Hee Chul;Zee Sung Quun
Nuclear Engineering and Technology
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v.36
no.3
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pp.248-262
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2004
Turbulence models are separately assessed for a three dimensional thermal-hydraulic analysis of the integral reactor SMART. Seven models (mixing length, k-l, standard $k-{\epsilon},\;k-{\epsilon}-f{\mu},\;k-{\epsilon}-v2$, RRSM, and ERRSM) are investigated for flat plate channel flow, rotating channel flow, and square sectioned U-bend duct flow. The results of these models are compared to the DNS data and experiment data. The results are assessed in terms of many aspects such as economical efficiency, accuracy, theorization, and applicability. The standard $k-{\epsilon}$ model (high Reynolds model), the $k-{\epsilon}-v2$ model, and the ERRSM (low Reynolds models) are selected from the assessment results. The standard $k-{\epsilon}$ model using small grid numbers predicts the channel flow with higher accuracy in comparison with the other eddy viscosity models in the logarithmic layer. The elliptic-relaxation type models, $k-{\epsilon}-v2$, and ERRSM have the advantage of application to complex geometries and show good prediction for near wall flows.
In this study, the ejector design was modeled using Fluent 6.3 of FVM(Finite Volume Method) CFD(Computational Fluid Dynamics) techniques to resolve the flow dynamics in the ejector. A vacuum system with the ejector has been widely used because of its simple construction and easy maintenance. Ejector is the main part of the desalination system, of which designs determine the efficiency of system. The effects of the ejector was investigated geometry and the operating conditions in the hydraulic characteristics. The ejector consists mainly of a nozzle, suction chamber, mixing tube(throat), diffuser and draft tube. Liquid is supplied to the ejector nozzle, the fast liquid jet produced by the nozzle entrains and the non condensable gas was sucked into the mixing tube. In the present study, the multiphase CFD modeling was carried out to determine the hydrodynamic characteristics of seawater-air ejector. Two-dimensional geometry was considered with the quadrilateral-mashing scheme. The gas suction rate increases with increasing Motive flow circulating rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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