A particle tracking scheme was developed in order to model radionuclide transport through a tortuous flow Held in a rock fracture. The particle tacking method may be used effectively in a heterogeneous flow field such as rock fracture. The parallel plate representation of the single fracture fails to recognize the spatial heterogeneity in the fracture aperture and thus seems inadequate in describing fluid movement through a real fracture. The heterogeneous flow field une modeled by a variable aperture channel model after characterizing aperture distribution by a hydraulic test. To support the validation of radionuclide transport models, a radionuclide migration experiment was performed in a natural fracture of granite. $^3$$H_2O$ and $^{131}$ I are used as tracers. Simulated results were in agreement with experimental result and therefore support the validity of the transport model. Residence time distributions display multipeak curves caused by the fast arrival of solutes traveling along preferential fracture channels and by the much slower arrival of solutes following tortous routes through the fracture. Results from the modelling of the transport of nonsorbing tracer through the fracture show that diffusion into the interconnected pore space in the rock mass has a significant effect on retardation.
Kim, Hyung-Mok;Rutqvist, Jonny;Ryu, Dong-Woo;Synn, Joong-Ho;Song, Won-Kyong
Tunnel and Underground Space
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v.21
no.5
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pp.394-405
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2011
In this paper, we applied coupled non-isothermal, multiphase fluid flow and geomechanical numerical modeling using TOUGH-FLAC coupled analysis to study the complex thermodynamic and geomechanical performance of underground lined rock caverns (LRC) for compressed air energy storage (CAES). Mechanical stress in concrete linings as well as pressure and temperature within a storage cavern were examined during initial and long-term operation of the storage cavern for CAES. Our geomechanical analysis showed that effective stresses could decrease due to air penetration pressure, and tangential tensile stress could develop in the linings as a result of the air pressure exerted on the inner surface of the lining, which would result in tensile fracturing. According to the simulation in which the tensile tangential stresses resulted in radial cracks, increment of linings' permeability and air leakage though the linings, tensile fracturing occurred at the top and at the side wall of the cavern, and the permeability could increase to $5.0{\times}10^{-13}m^2$ from initially prescribed $10{\times}10^{-20}m^2$. However, this air leakage was minor (about 0.02% of the daily air injection rate) and did not significantly impact the overall storage pressure that was kept constant thanks to sufficiently air tight surrounding rocks, which supports the validity of the concrete-lined underground caverns for CAES.
Park, Jung-Wook;Ryu, Dongwoo;Park, Dohyun;Choi, Byung-Hee;Synn, Joong-Ho;Sunwoo, Choon
Tunnel and Underground Space
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v.23
no.3
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pp.241-259
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2013
A packed bed thermal energy storage (TES) consisting of solid storage medium of rock or concrete through which the heat transfer fluid is circulated is considered as an attractive alternative for high temperature sensible heat storage, because of the economical viability and chemical stability of storage medium and the simplicity of operation. This study introduces the technologies of packed bed thermal energy storage, and presents a numerical model to analyze the thermal energy balance and the performance efficiency of the storage system. In this model, one dimensional transient heat transfer problem in the storage tank is solved using finite difference method, and temperature distribution in a storage tank and thermal energy loss from the tank wall can be calculated during the repeated thermal charging and discharging modes. In this study, a high temperature thermal energy storage connected with AA-CAES (advanced adiabatic compressed air energy storage) was modeled and analyzed for the temperature and the energy balance in the storage tank. Rock cavern type TES and above-ground type TES were both simulated and their results were compared in terms of the discharging efficiency and heat loss ratio.
Ma, Jin;Seo, Jerry;Ruth-Lee, Jong suk;Park, Min jae
Journal of Internet Computing and Services
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v.17
no.6
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pp.71-79
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2016
As computer technology continues to evolve, the Computational Sciences utilized in Physics, Chemistry, Materials Science, and Life Sciences have been attracting more attention. In Korea, to compensate for the drawbacks in Computational Science, students and researchers have been using the EDISON platform. The EDISON platform provides a web portal service for education and research and an environment for addressing complex issues involving five fields, e.g., Computational Fluid Dynamics (CFD), Nanophysics, Computational Chemistry, Structural Dynamics, and Computational Design. As the platform and user scale increase beyond service provision, the need for efficient operation of its currently running data management system is on the rise. In this study, we resolve the data synchronization issues between the existing EDISON platform and web portal. As the EDISON platform is integrated with the web portal, a file management service is implemented to integrate the management of user data and files, which ultimately improves the overall efficiency of file management.
Objective: Reducing roughage feeding without negatively affecting rumen health is of interest in ruminant nutrition. We investigated the effects of roughage sources and concentrate types on growth performance, ruminal fermentation, and blood metabolite levels in growing cattle. Methods: In this 24-week trial, 24 Hanwoo cattle ($224{\pm}24.7kg$) were fed similar nitrous and energy levels of total mixed ration formulated using two kinds of roughage (timothy hay and ryegrass straw) and two types of concentrate mixes (high starch [HS] and high fiber [HF]). The treatments were arranged in a $2{\times}2$ factorial, consisting of 32% timothy-68% HS, 24% timothy-76% HF, 24% ryegrass-76% HS, and 17% ryegrass-83% HF. Daily feed intakes were measured. Every four weeks, blood were sampled, and body weight was measured before morning feeding. Every eight weeks, rumen fluid was collected using a stomach tube over five consecutive days. Results: The mean dry matter intake (7.33 kg) and average daily gain (1,033 g) did not differ among treatments. However, significant interactions between roughage source and concentrate type were observed for the rumen and blood parameters (p<0.05). Total volatile fatty acid concentration was highest (p<0.05) in timothy-HF-fed calves. With ryegrass as the roughage source, decreasing the roughage inclusion rate increased the molar proportion of propionate and decreased the acetate-to-propionate ratio; the opposite was observed with timothy as the roughage source. Similarly, the effects of concentrate types on plasma total protein, alanine transaminase, Ca, inorganic P, total cholesterol, triglycerides, and creatinine concentrations differed with roughage source (p<0.05). Conclusion: Decreasing the dietary roughage inclusion rate by replacing forage neutral detergent fiber with that from non-roughage fiber source might be a feasible feeding practice in growing cattle. A combination of low-quality roughage with a high fiber concentrate might be economically beneficial.
Thermal mixing by steam jets in a pool is dominantly influenced by a turbulent water jet generated by the condensing steam jets, and the proper prediction of this turbulent jet behavior is critical for the pool mixing analysis. A turbulent jet flow induced by a steam jet discharged through a vertical upward single hole into a subcooled water pool was subjected to computational fluid dynamics (CFD) analysis. Based on the small-scale test data derived under a horizontal steam discharging condition, this analysis was performed to validate a CFD method of analysis previously developed for condensing jet-induced pool mixing phenomena. In previous validation work, the CFD results and the test data for a limited range of radial and axial directions were compared in terms of profiles of the turbulent jet velocity and temperature. Furthermore, the behavior of the turbulent jet induced by the steam jet through a horizontal single hole in a subcooled water pool failed to show the exact axisymmetric flow pattern with regards to an overall pool mixing, whereas the CFD analysis was done with an axisymmetric grid model. Therefore, another new small-scale test was conducted under a vertical upward steam discharging condition. The purpose of this test was to generate the velocity and temperature profiles of the turbulent jet by expanding the measurement ranges from the jet center to a location at about 5% of $U_m$ and 10 cm to 30 cm from the exit of the discharge nozzle. The results of the new CFD analysis show that the recommended CFD model of the high turbulent intensity of 40% for the turbulent jet and the fine mesh grid model can accurately predict the test results within an error rate of about 10%. In this work, the turbulent jet model, which is used to simply predict the temperature and velocity profiles along the axial and radial directions by means of the empirical correlations and Tollmien's theory was improved on the basis of the new test data. The results validate the CFD model of analysis. Furthermore, the turbulent jet model developed in this study can be used to analyze pool thermal mixing when an ellipsoidal steam jet is discharged under a high steam mass flux in a subcooled water pool.
Selective catalytic reduction(SCR) method is widely used among various methods for reducing nitrogen oxides in combustion devices of coal power plant. In the present study, the computational fluid dynamic analysis was accomplished to derive the optimal shape of ammonia-dilution air mixing device in a ammonia injection grid. The distribution characteristics of flow and $NH_3$ concentration had been elucidated for the reference shape of ammonia mixing device(Case 1). In the mixing device of Case 1, it could be seen that $NH_3$ distribution was shifted to the wall opposite to the inlet of the ammonia injection pipe. For the improvement of $NH_3$ distribution, the case(Case 2) with closing one upper injection hole and 4 side injection holes, the case(Case 3) with installing horizontal plate at the upper of ammonia injection pipe, the case(Case 4) with installing horizontal plate and horizontal arc plate at he upper of ammonia injection pipe were investigated by analyzing flow and $NH_3$ concentration distributions. From the present study, it was found that the % RMS of $NH_3$ for Case 4 was 4.92%, which was the smallest value among four cases, and the range of $R_{NH3}$ also has the optimally uniform distribution, -10.82~8.34%.
Park, Jung-Wook;Guglielmi, Yves;Graupner, Bastian;Rutqvist, Jonny;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.29
no.3
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pp.197-213
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2019
We simulated the fault reactivation experiment conducted at 'Main Fault' intersecting the low permeability clay formations of Mont Terri Underground Research Laboratory in Switzerland using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy's law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. We formulate the hydro-mechanical coupling relation of hydraulic aperture to consider the elastic fracture opening and failure-induced dilation for reproducing the abrupt changes in injection flow rate and monitoring pressure at fracture opening pressure. A parametric study was conducted to examine the effects of in-situ stress condition and fault deformation and strength parameters and to find the optimal parameter set to reproduce the field observations. In the best matching simulation, the fracture opening pressure and variations of injection flow rate and monitoring pressure showed good agreement with field experiment results, which suggests the capability of the numerical model to reasonably capture the fracture opening and propagation process. The model overestimated the fault displacement in shear direction and the range of reactivated zone, which was attributed to the progressive shear failures along the fault at high injection pressure. In the field experiment results, however, fracture tensile opening seems the dominant mechanism affecting the hydraulic aperture increase.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.2
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pp.644-648
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2019
This study examined effects of the wall thermal conductivity coefficients on the thermal fluid phenomenon of a compartment fire. The reduced scale compartment was 0.4 m in width, 0.6 m in length and 0.6 m in height with a fire-board, which has a thermal conductivity coefficient of $0.18W/m{\cdot}K$. The local temperature at a 0.37 m height and the overall heat release rate were measured under the following experiment conditions: a $0.12m^2$ opening area and $0.01m^2$ pool size of a gasoline fire. The numerical results obtained by the Fire Dynamic Simulation were compared with the experimentally measured temperature. The deviations were within 10 % in the period of the steady state for maximum heat release rate (4.8 kW). The numerical results show that the average temperature of the compartment wall decreases by approximately 71 % with increasing thermal conductivity coefficient from $0.1W/m{\cdot}K$ to $100.0W/m{\cdot}K$ on the fixed heat release rate.
In this study, the effects of urban redevelopment and building construction on the change of the detailed flows around the Pukyong National University (PKNU) campus located in the building-congested area was investigated using a CFD (computational fluid dynamics) model and GIS (geographic information system). For the analysis of the detailed flows before and after the constructions of the buildings around and within the campus, numerical simulations for the 16 inflow directions were performed before and after the construction. We used, as reference wind speeds at the inflow boundaries, the averaged wind speeds observed at the Gwangan light beacon (962) where there is no surrounding obstacle (i.e., building and terrain) acting as friction. We analyzed the area fractions in which wind speeds at z = 2.5 m changed after the construction for 16 inflow directions. The area fractions were relatively large in the east-south-easterly and southerly cases, because of the high-rise buildings constructed at the east and the apartment complex and the Engineering buildings constructed at the south of the PKNU campus. In the case of the easterly of which frequency is highest among the wind directions observed at the Daeyeon AWS (AWS 942) located inside the PKNU campus, the wind-speed change was not significant even after the constructions. It is shown that the building construction has affected the detailed flows around as well as even in the far downwind region of the constructed buildings. Also, it is shown that the GIS and CFD model are useful for analyzing the detailed flows in planning the urban redevelopment and/or building construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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