• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권5호
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• pp.1802-1813
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• 2023

Conjugate heat transfer between liquid metal and solid is a common phenomenon in a liquid-metal-cooled fast reactor's fuel assembly and heat exchanger, dramatically affecting the reactor's safety and economy. Therefore, comprehensively studying the sophisticated conjugate heat transfer in a liquid-metal-cooled fast reactor is profound. However, it has been evidenced that the traditional Simple Gradient Diffusion Hypothesis (SGDH), assuming a constant turbulent Prandtl number (Pr_t,, usually 0.85 - 1.0), is inappropriate in the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations of liquid metal. In recent decades, numerous studies have been performed on the four-equation model, which is expected to improve the precision of liquid metal's CFD simulations but has not been introduced into the conjugate heat transfer calculation between liquid metal and solid. Consequently, a four-equation model, consisting of the Abe k - ε turbulence model and the Manservisi k_𝜃 - ε_𝜃 heat transfer model, is applied to study the conjugate heat transfer concerning liquid metal in the present work. To verify the numerical validity of the four-equation model used in the conjugate heat transfer simulations, we reproduce Johnson's experiments of the liquid lead-bismuth-cooled turbulent pipe flow using the four-equation model and the traditional SGDH model. The simulation results obtained with different models are compared with the available experimental data, revealing that the relative errors of the local Nusselt number and mean heat transfer coefficient obtained with the four-equation model are considerably reduced compared with the SGDH model. Then, the thermal-hydraulic characteristics of liquid metal turbulent pipe flow obtained with the four-equation model are analyzed. Moreover, the impact of the turbulence model used in the four-equation model on overall simulation performance is investigated. At last, the effectiveness of the four-equation model in the CFD simulations of liquid sodium conjugate heat transfer is assessed. This paper mainly proves that it is feasible to use the four-equation model in the study of liquid metal conjugate heat transfer and provides a reference for the research of conjugate heat transfer in a liquid-metal-cooled fast reactor.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제17권3호
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• pp.67-81
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• 1989

This experiment was carried out to know the mothod of changing the step of moisture content schedule with time in conventional kiln drying. For the purpose of this object. we made drying model by applying the moisture diffusion model by J.FSiau(1984) to average moisture content equation by J.Crank(1956) derived it from Fick's second law. And to verify this method of drying model. 2.5cm-thick boards and 5.0cm-thick dimension lumbers of Pinus densiflora were kiln-dried with the schedule of T11-C3 and T10-C4, respectively. And then the drying rates were investigated and compared with those calculated from drying model. The results obtained were as follows 1. Average drying rate and total drying time of board to dry to 6.5% moisture content were 0.64%/hr and 109hr., and those of dimension lumber to dry to 8.3% moisture content were 0.4%/hr. and 162hr., respectively. 2. The moisture content of shell and core decreased by equalizing treatment and increased by conditioning treatment both on board and dimension lumber. But the moisture gradient was lower after conditioning than after equalizing. 3. As the drying was proceeded, the transverse bound water diffusion coefficient all but linearly decreased, the water vapor diffusion coefficient abruptly curvilinearly increased, while the transverse diffusion coefficient curvilinearly decreased both on board and dimension lumber. But each of diffusion coefficients on board was larger than that on dimension lumber. 4. Compared to experimential drying rate of board. theoretical drying rate was larger at 30.0%-21.8% moisture content range and was similiar at 21.8%-5.4% moisture content. And in case of dimension lumber, the drying rate was similiar at 30.0%-16.1% moisture content range but theoretical drying rate was much lower at 16.1%-8.3% moisture content range. 5. The possibility of adapting this drying model to changing the moisture content schedule step with time was in the range of 21.8%-5.4% moisture content on board. And in the case of dimension lumber that was in the range of 30.0%-16.1% moisture content.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.349-360
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• 2012

본 연구에서는 3차원 점성 흐름에 적용될 수 있는 비정수압 자유수면 모형을 수평방향 직교 곡선좌표계에서 개발하였다. 개발된 수치모형은 엇갈린 격자를 사용함으로써 발생되는 자유수면에서의 경계조건 종결 문제를 수면층 방정식을 도입하여 해결하였으며, 난류의 유동 해석을 위한 폐합식으로 등방성의 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 이용하였다. 본 연구에서 운동량방정식은 이송-확산항만으로 중간단계의 유속을 예측하고, 압력 및 중력을 포함하는 생성항과 연속방정식을 결합하여 다음 시간단계의 유동장을 결정하는 계산 단계 분리법을 이용하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위하여 폐쇄된 2차원 수조에서의 취송류, 급경사를 가지는 2차원 수로에서의 흐름, 원심력에 의한 이차류 흐름특성 분석을 위한 3차원 급변 만곡류에 대한 모의를 실시하였다. 수치모의 예측치는 수리모형 실험값과 수위, 유속, 난류특성 등에서 일치하는 양상을 보이는 것이 확인되었다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제17권3호
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• pp.440-448
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• 2003

In the present paper, numerical simulations of buoyant plume dispersion in a neutral and stable atmospheric boundary layer have been carride out. A Lagrangian Stochastic Model (LSM) with a Non-Linear Eddy Viscosity Model (NLEVM) for turbulence is used to generate a Reynolds stress field as an input condition of dispersion simulation. A modified plume-rise equation is included in dispersion simulation in order to consider momentum effect in an initial stage of plume rise resulting in an improved prediction by comparing with the experimental data. The LSM is validated by comparing with the prediction of an Eulerian Dispersion Model (EDM) and by the measured results of vertical profiles of mean concentration in the downstream of an elevated source in an atmospheric boundary layer. The LSM predicts accurate results especially in the vicinity of the source where the EDM underestimates the peak concentration by 40% due to inherent limitations of gradient diffusion theory. As a verification study, the LSM simulation of buoyant plume dispersions under a neutral and stable atmospheric condition is compared with a wind-tunnel experiment, which shows good qualitative agreements.

• 방사성폐기물학회지
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• 제19권2호
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• pp.205-214
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• 2021

Currently, the interim storage pools of spent fuels in South Korea are expected to become saturated from 2024. It is required to prepare an operation plan of a domestic dry storage facility during a long-term period, with the researches on safety evaluation methods. This study modified the FRAPCON code to predict the spent fuel integrity evaluation such as the axial cladding temperature, the hoop stress and hydrogen distribution in dry storage. The cladding temperature in dry storage was calculated using the COBRA-SFS code with the burnup information which was calculated using the FRAPCON code. The hoop stress was calculated using the ideal gas equation with spent fuel information such as rod internal pressure. Numerical analysis method was used to calculate the degree of hydrogen diffusion according to the hydrogen concentration and temperature distribution during a dry storage period. Before 50 years of dry storage, the cladding temperature and hoop stress decreased rapidly. However, after 50 years, they decreased gradually and the cladding temperature was below 400 K. The initial temperature distribution and hydrogen concentration showed a parabolic line, but hydrogen was transferred by the hydrogen concentration and temperature gradient over time.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.73-81
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• 2009

본 연구에서는 개수로 흐름에서 오염물질 이동 현상에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 운동량 방정식과 스칼라 수송 방정식에서의 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력 모형 및 GGDH 모형을 사용하였다. 개발된 모형을 이용하여 조 세립상의 횡방향 연속구조를 갖는 개수로 흐름에서의 오염물질 이동에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 그 결과, 이차흐름의 영향으로 인해 최대 농도 값의 발생 위치가 이동하는 것으로 나타났으며, 농도 분포 역시 정규 분포에서 거리에 따라 점차 왜곡 되는 것으로 확인되었다. 또한, 이차흐름의 영향으로 자유수면 근처에서는 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서의 오염물질 농도가 더 크게 발생되었으며, 스칼라-흐름률을 계산한 결과, 오염물질의 수직방향 확산은 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서 더 빨리 진행되는 것으로 확인되었다. 한편, 농도 분포 변화에 대한 이차흐름 및 스칼라-흐름률의 영향을 살펴보기 위하여 스칼라 수송률 분석을 수행하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.31-38
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• 2005

콘크리트의 타설 직후, 상대적으로 콘크리트는 높은 증기압을 갖게 되며, 주위의 대기는 낮은 증기압을 갖게 된다. 콘크리트와 대기 간의 증기압의 평형을 유지하려는 작용 때문에 콘크리트의 표면에서 대기로 수분이 이동하는 증발이 발생한다. 표면에서 일어나는 증발로 인하여 콘크리트의 내부에서도 증기압의 차이가 발생하며, 이로 인하여 콘크리트 내부의 수분이 서서히 표면으로 이동하는 수분확산이 일어난다 이 수분확산의 속도는 콘크리트의 소성 균열, 수화도, 강도와 같은 요인으로 작용하여 콘크리트의 품질에 크게 영향을 미친다. 본 논문에서는 콘크리트 수분확산의 지배방정식과 실내에서 측정된 콘크리트의 온도와 상대습도를 이용하여 초기재령의 콘크리트의 수분확산도를 역계산하였다. 역계산된 콘크리트의 수분확산도를 이용하여 콘크리트의 수분확산도 모형을 개발하였으며, 이를 입력값으로 사용하여 유한요소법에 의해 콘크리트의 상대습도를 계산하였다. 그 결과로서 계산된 상대습도는 측정된 상대습도와 대체로 일치하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권5호
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• pp.616-624
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• 2011

본 연구에서는 사각채널내에 주유속 방향에 가로지르게 배치된 반원 리브의 난류 유동에 대한 유동 특성과 열전달 증대에 관해 수치해석적으로 살펴보았다. 사각채널의 종횡비는 5이고, 수력직경 대비 리브 높이비는 0.07, 사각채널 높이 대비 리브 높이비는 0.117로서 리브 높이 대비 리브 피치비가 8~14인 리브를 주기적으로 배열하여 연구를 수행하였다. 난류 모델의 선정은 실제 현상과 근접한 벽 근처 유동 특성과 열전달을 위해 SST k-${\omega}$ 난류 모델과 v2-f 난류 모델을 이용하였다. 수치해석의 결과는 실험에 의 해 관찰된 난류 유동 특성, 열전달 및 마찰계수의 결과를 잘 예측함을 보여준다. 본 결과에서 난류 운동 에너지가 재순환류 영역의 확산과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있고 v2-f 난류 모델이 SST k-${\omega}$ 난류 모델에 비해 실험결과를 더 잘 예측하였다.

• 한국진공학회지
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• 제18권1호
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• pp.66-72
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• 2009

가스절연개폐장치 (Gas-insulated switchgear, GIS)의 내부에는 절연에 관한 이상 여부를 감시하고 판단할 수 있는 시스템이 요구된다. 부분방전에 의해 발생되는 $SF_6$ 분해생성물에 관한 단일벽 탄소나노튜브 (Single-walled carbon nanotube, SWNT)가 지닌 우수한 검출기능 때문에 SWNT를 이용한 가스센서 개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 아직까지 부분방전에 의해 발생된 분해생성물의 확산현상에 관한 해석적 연구는 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 실험 데이터 및 상용 CFD (Computational Fluid Dynamics) 프로그램을 이용하여 SWNT 가스센서에 포획되는 분해생성물의 코로나 방전에 의한 발생 과정과 챔버 내부에서의 확산과정을 모델링하여 부분방전 발생 시 챔버 내부의 온도, 압력, 그리고 분해생성물의 농도 등을 수치계산하였다. 분해생성물의 시간당 질량생성율과 발생온도는 각각 $5.04{\times}10^{-10}$ [g/s]와 773 K이라 가정하였다. 농도방정식을 계산함에 있어 미지의 확산계수를 임의의 값으로 가정하여 직접 부여하는 방법을 사용하지 않고, 확산계수를 정의하는데 사용되는 Schmidt수의 값을 지정하여 확산계수가 $SF_6$ 가스의 물성치인 점성계수와 밀도의 함수로 계산되도록 하였다. 수치결과로부터 분해생성물의 농도구배가 확산을 일으키는데 주요 구동포텐셜 (Drive potential)이 됨을 확인하였다. 센서 설치위치가 부분방전 발생영역에서 멀리 떨어질수록 분해생성물 농도가 낮음을 알 수 있었고, 부분방전이 지속될수록 분해생성물의 농도가 증가함을 확인하였다. 다수의 센서를 챔버 내부에 설치하면 각 센서의 응답시간을 확인하여 PD 발생위치를 판단할 수 있을 것이고, 이를 통해 GIS 진단 및 유지보수에 관한 유용한 정보로 사용될 수 있을 것이다.