The purpose of this paper is to investigate an analytical approach for opening performance evaluation of the nuclear pressure safety valve based on standard codes such as ASME or KEPIC. It is well-known that safety valve is considered as one of pressure relief valves for protecting a boiler or pressure vessel from exceeding the maximum allowable working pressure. When pressure in a container reaches its set pressure, the safety valve commences discharging the internal fluid by a sudden opening called as popping. Safety valve is usually evaluated by set pressure, full open, blow-down, leakage and flow capacity. The test procedure and technical requirement for performance evaluation is described in international code of ASME code such as BPVC. The opening characteristics of steam safety valve can be analyzed by computational fluid dynamics (CFD) and steam shaft dynamics. First, the flow analysis along opening process is simulated by running the CFD models of the ten types of opening steps from 0 to 100%. As a analysis result, the various CFD outputs of flow pattern, pressure, forces on the disc and mass flow at each simulation step is demonstrated. The lift force is calculated by using the forces applied on disc from static pressure and secondary flow. And, the effect of huddle chamber or control chamber is studied by dynamic analysis based on CFD simulation results such as lift force. As a result, dynamics analysis shows opening features according to the sizes of control chamber.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.7
no.3
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pp.140-150
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2007
A simple, label-free microfluidic cell purification method is presented for separation of cancer cells by exploiting difference in cell adhesion. To maximize the adhesion difference, three types of polymeric nanostructures (50nm pillars, 50nm perpendicular and 50nm parallel lines with respect to the direction of flow) were fabricated using UV-assisted capillary moulding and included inside a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic channel bonded onto glass substrate. The adhesion force of human breast epithelial cells (MCF10A) and human breast carcinoma (MCF7) was measured independently by injecting each cell line into the microfluidic device followed by culture for a period of time (e.g., one, two, and three hours). Then, the cells bound to the floor of a microfluidic channel were detached by increasing the flow rate of medium in a stepwise fashion. It was found that the adhesion force of MCF10A was always higher than that of MCF cells regardless of culture time and surface nanotopography at all flow rates, resulting in a label-free detection and separation of cancer cells. For the cell types used in our study, the optimum separation was found for 2 hours culture on 50nm parallel line pattern followed by flow-induced detachment at a flow rate of $300{\mu}l/min$.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.5
no.1
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pp.26-33
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2001
Thrust vector control system is control device which is mounted exit of the nozzle to generate pitch, yaw and roll directional force by deflecting flow direction of the supersonic jet from the nozzle. By obtaining control force, jetvane which is exposed in jet flow is working thermal and aerodynamic load. Axial thrust loss and side thrust is affected by shock patterns and interactions between jetvanes according to jetvane geometry and turning angle. In this study, we designed 6 types of jetvane to evaluate pitch, yaw and roll characteristics of ietvane in supersonic flow, and perform the cold flow test in range of turning angles of jetvanes between $0^{\cire}$ and $25^{\cire}$ by $5^{\cire}$ respectively. Also, calculation is going side by side to analyse flow interaction. Results show that there is no interactions between jetvanes upto turning angle 20$^{\circ}$, chord and lead length ratio is very important parameter to aerodynamic performance and maximum thrust loss is appeard to 17% of axial thrust in roll directional control.
The pumping of coolant in a liquid metal fast reactor may be performed with an annular linear induction electro-magnetic (EM) pump. Linear induction pumps use a traveling magnetic field wave created by poly-phase currents, and the induced currents and their associated magnetic field generate a Lorentz force, whose effect can be the pumping of the liquid metal. The flow behaviors in the pump are very complex, including a time-varying Lorentz force and pressure pulsation, because an induction EM pump has time-varying magnetic fields and the induced convective currents that originate from the flow of the liquid metal. These phenomena lead to an instability problem in the pump arising from the changes of the generated Lorentz forces along the pump's geometry. Therefore, a magneto-hydro-dynamics (MHD) analysis is required for the design and operation of a linear induction EM pump. We have developed a time-harmonic 2-dimensional axisymmetry MHD analysis method based on the Maxwell equations. This paper describes the analysis and numerical method for obtaining solutions for some MHD parameters in an induction EM pump. Experimental test results obtained from an induction EM pump of CLIP-150 at the STC "Sintez," D.V. Efremov Institute of Electro-physical Apparatus in St. Petersburg were used to validate the method. In addition, we investigated some characteristics of a linear induction EM pump, such as the effect of the convective current and the double supply frequency (DSF) pressure pulsation. This simple model overestimated the convective eddy current generated from the sodium flow in the pump channel; however, it had a similar tendency for the measured data of the pump performance through a comparison with the experimental data. Considering its simplicity, it could be a base model for designing an EM pump and for evaluating the MHD flow in an EM pump.
Vortex-induced vibration (VIV) is a significant concern when designing slender structures with square cross sections. VIV strongly depends on structural dynamics and flow states, which depend on the conditions of the approaching flow and shape of a structure. Therefore, the effects of the angle of attack on the coupling effects of VIV for a square cylinder are expected to be significant in practice. In this study, the aerodynamic forces for a fixed and elastically mounted square cylinder were measured using wind pressure tests. Aerodynamic forces on the stationary cylinder are firstly discussed by comparisons of variation of statistical aerodynamic force and wind pressure coefficient with wind angle of attack. The coupling effect between the aerodynamic forces and the motion of the oscillating square cylinder by VIV is subsequently investigated in detail at typical wind angels of attack with occurrence of three typical flow regimes, i.e., leading-edge separation, separation bubble (reattachment), and attached flow. The coupling effect are illustrated by discussing the onset of VIV, characteristics of aerodynamic forces during VIV, and interaction between motion and aerodynamic forces. The results demonstrate that flow states can be classified based on final separation points or the occurrence of reattachment. These states significantly influence coupling effects of the oscillating cylinder. Vibration enhances vortex shedding, which creates strong fluctuations in aerodynamic forces. However, differences in the lock-in range, aerodynamic force, and interaction process for angles of attack smaller and larger than the critical angle of attack revealed noteworthy characteristics in the VIV of a square cylinder.
Tian, Chenling;Liu, Mingyue;Xiao, Longfei;Lu, Haining;Wang, Jin
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.599-616
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2021
The semi-submersible with three circular columns is an original concept of efficient multifunctional platform, which can be used for marginal oil, gas field, and Floater of Wind Turbines (FOWT). However, under certain flow conditions, especially in uniform current with specific velocities, the eddies will alternatively form and drop behind columns, resulting in the fluctuating lift force and drag force. Consequently, the semi-submersible will subject to the Flow-Induced Motions (FIM). Based on the Detached Eddy Simulation (DES) method, the numerical studies were carried out to understand the FIM characteristics of the three-column semi-submersible at two different parameters, i.e., current incidences (0°, 30°, and 60°-incidences) and reduced velocities (4 ≤ Ur ≤ 14). The results indicate that the lock-in range of 6 ≤ Ur ≤ 10 for the transverse motions is presented, and the largest transverse non-dimensional nominal amplitude is observed at 60°-incidence, with a value of Ay/D = 0:481. The largest yaw amplitude Ayaw is around 3.0° at 0°-incidence in the range of 8 ≤ Ur ≤ 12. The motion magnitude is basically the same as that of a four-column semi-submersible. However, smaller responses are presented compared to those of the three-column systems revealing the mitigation effect of the pontoon on FIM.
Today, about 99% of total import and export cargo in Korea is being transported through the port. The general trends of cargo handling show increases in capacity and speed, In order to cope with these trends, it is not only required to raise the efficiencies of port operation and function but also necessary to decide the optimal amount of the skilled labor force for cargo handling in the port. Cargo handling in the port is basically relied on the cargo handling facilities. Therefore, it is very important to reserve the amount of labor force for cargo handling system has been developed up to a certain level but the personnel management system which is the superior structure has not been followed well. In this study, therefore, we show a method to determine the required amount of labor force for cargo handling considering the amount of cargo and type of cargo handling work per each cargo, and the optimal amount labor force in cope with the fluctuation of the basic cargo handling labor force with respect to the time of in and out cargo flow in the viewpoint of minimizing the expences due to reservation of extra labor force than needed and firing employment of labor force using the Dynamic Programming. The derived algorithm is introduced into the computer simulation for Pusan port with the analyzed real data such as amount of cargo handling in the port with respect to working hour, cargo capacity, working step, the ratio of cargo handling facility and actual number of workers and we estimated the required labor force. As a result of analysis the labor force of Pusan port showed the over-employment such as maximum 21.4%, minimum 8.2% when we assumed that the averages of actual working hours and days were 8 hours in a day and 20 day in a month.
Kim, Minhee;Lee, Byunghyun;Lee, Junhee;Kim, Chongam
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.3
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pp.296-314
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2016
This paper presents experimental and computational investigations of synthetic jets with a circular exit for improving flow control performance. First, the flow feature and vortex structure of a multiple serial circular exit were numerically analyzed from the view point of flow control effect under a cross flow condition. In order to improve separation control performance, experimental and numerical studies were conducted according to several key parameters, such as hole diameter, hole gap, the number of hole, jet array, and phase difference. Experiments were carried out in a quiescent condition and a forced separated flow condition using piezoelectrically driven synthetic jets. Jet characteristics were compared by measuring velocity profiles and pressure distributions. The interaction of synthetic jets with a freestream was examined by analyzing vortical structure characteristics. For separation control performance, separated flow over an airfoil at high angles of attack was employed and the flow control performance of the proposed synthetic jet was verified by measuring aerodynamic coefficient. The circular exit with a suitable hole parameter provides stable and persistent jet vortices that do beneficially affect separation control. This demonstrates the flow control performance of circular exit array could be remarkably improved by applying a set of suitable hole parameters.
A numerical study for laminar flow in the entrance region of helical tubes for uniform inlet velocity conditions is carried out by means of the finite volume method to investigate the effects of Reynolds number, pitch and curvature ratio on the flow development. This results cover a curvature ratio range of 1/10$\sim$1/320, a pitch range of 0.0$\sim$3.2, and a Reynolds number range of 125$\sim$2000. It has been found that the curvature ratio does significantly effect on the angle of flow development, but the pitch and Reynolds number do not. The characteristic angle $\phi_c(=\phi/\sqrt{\delta})$, or the non-dimensional length $\overline{l}(=l\sqrt{\delta}cos(atan\lambda)/d)$ can be used to represent the flow development for uniform inlet velocity conditions. In uniform inlet velocity conditions, the growth of boundary layer delays the flow development attributed to centrifugal force, and in which conditions the amplitude of flow oscillations is smaller than that in parabolic inlet velocity conditions. If the pitch increases or if the curvature ratio or Reynolds number decreases, the minimum friction factor and the fully developed average friction factor normalized with the friction factor of a straight tube and the flow oscillations decrease.
Turbines have been known to be particularly susceptible to flow-induced self-excited vibration. In such vibrations, direct damping and cross stiffness effects of aerodynamic forces determine rotordynamic stability. In axial turbines with eccentric shrouded rotors, the non-uniform sealing gap causes azimuthal non-uniformities in the seal gland pressure and the turbine torque which destabilize the rotor system. Previously, research efforts focused solely on either the seal flow or the unshrouded turbine passge flow. Recently, a model for flow in a turbine with a statically offset shrouded rotor has been developed and some stiffness predictions have been obtained. The model couples the seal flow to the passage flow and uses a small perturbation approach to determine nonaxiymmetric flow conditions. The model uses basic conservation laws. Input parameters include aerodynamic parameters (e.g. flow coefficient, reaction, and work coefficient); geometric parameters (e.g. sealing gap, depth of seal gland, seal pitch, annulus height); and a prescribed rotor offset. Thus, aerodynamic stiffness predictions have been obtained. However, aerodynamic damping (i.e. unsteady aerodynamic) effects caused by a whirling turbine has not yet been examined. Therefore, this paper presents a new unsteady model to predict the unsteady flow field due to a whirling shrouded rotor in turbines. From unsteady perturbations in velocity and pressure at various whirling frequencies, not only stiffness but also damping effects of aerodynamic forces can be obtained. Furthermore, relative contributions of seal gland pressure asymmetry and turbine torque asymmetry are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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