For a conventional natural-circulation type solar water heater, the pressure head is limited by the height between the storage tank and hot water tap. Therefore, it is difficult to provide sufficient hot water flow rate for general usage. This study deals with a design modification of the storage tank to utilize the tap-water pressure to increase hot-water supply Based on fluid dynamic and heat transfer theories, a series of modeling and simulation is conducted to achieve practical design requirements. An experimental setup is built and tested and the results are compared with theoretical simulation model. The storage tank capacity is 240 l and the outer diameter of piping was 15 mm. Number of tube turns tested are 5, 10, and 15. Starting with initial storage tank temperature of $80^{\circ}C$, the temperature variation of the supply hot water is investigated against time, while maintaining minimum flow rate of 10 1/min. Typical results show that the hot water supply of minimum $30^{\circ}C$ can be maintained for 34 min with tap-water supply pressure of 2.5 atm, The relative errors between modeling and experiments coincide well within 10% in most cases.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.64
no.4
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pp.236-240
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2015
Natural ester has a higher biodegradability, flash and fire points, and a greater permittivity compared to conventional mineral oils. However, natural ester also has a higher pour point, viscosity, and water content. These characteristics hamper circulation and the electrical properties of oil-filled transformer. Thus, this paper applied electromagnetic-thermal-flow coupled analysis method to predict temperature distribution inside 154kV single phase power transformer using natural ester. It modeled in the actual appearance for the tank and winding of the power transformer to improve the accuracy of analysis and applied heat flow analysis that considered hydromechanics and heat transfer at the same time. It calculated the power loss, the main cause of temperature rise, from winding and core with electromagnetic analysis then used for the heat source for the heat flow analysis. It then compared the reasonability of result of measurement analysis based on the result acquired from temperature rise test using FBG sensor on the power transformer.
The objective of the paper is to analyze the thermally induced density wave oscillations in water cooled boiling water reactors. A transient thermal hydraulic model is developed with a characteristics-based implicit finite-difference scheme to solve the nonlinear mass, momentum and energy conservation equations in a time-domain. A two-phase flow was simulated with a one-dimensional homogeneous equilibrium model. The model treats the boundary conditions naturally and takes into account the compressibility effect of the two-phase flow. The axial variation of the heat flux profile can also be handled with the model. Unlike the method of characteristics analysis, the present numerical model is computationally inexpensive in terms of time and works in a Eulerian coordinate system without the loss of accuracy. The model was validated against available benchmarks. The model was extended for the purpose of studying the flow-induced density wave oscillations in forced circulation and natural circulation boiling water reactors. Various parametric studies were undertaken to evaluate the model's performance under different operating conditions. Marginal stability boundaries were drawn for type-I and type-II instabilities in a dimensionless parameter space. The significance of adiabatic riser sections in different boiling reactors was analyzed in detail. The effect of the axial heat flux profile was also investigated for different boiling reactors.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.17
no.4
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pp.382-394
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1988
Dynamic characteristics of thermally-forced stratification process in a square enclosure with a linear temperature profile at the side walls have been investigated through flow visualization experiment and numerical analysis. The experiment was performed on air with the Rayleigh numbers of order $10^5$. A particle tracer method is used for the flow visualization and to obtain a sudden linear temperature profile at the side walls copper blocks which already have a linear temperature profile are come into contact with the thin copper plates of the test section. Immediately a meridional circulation is developed and heat transfer takes place from the wall to the interior region by circulation of fluid and finally a thermal stratification is achieved. In the numerical study, QUICK scheme for convective terms, SIMPLE algorithm for pressure correction, and the implicit method for the time marching are adopted for the integration of conservation equations. Comparison of flow visualization and numerical results shows that the developing flow patterns are very similar in dynamic nature even though there is a time lag due to the inevitable time delay in setting up a linear temperature profile. For high Rayleigh numbers, the oscillatory motion is likely to take place and stratified region is extended. However, initial temperature adjustment process is much slower than that for low Rayleigh numbers.
Seo, Ho-Young;Kim, Jong-Kyu;Kang, Yong-Heack;Kim, Yong-Chan
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.28
no.2
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pp.1-9
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2008
This paper describes water circulation characteristics of a water/steam receiver at various heat fluxes. The water/steam receiver for a solar tower power system is a natural circulation type. Experimental conditions of water and steam were set at a pressure of 5 bar and temperature of $151.8^{\circ}C$. The experimental device for the water/steam receiver consisted of a steam drum, upper/lower header, riser tubes, and downcomer tube. The experiments were conducted by varying heat fluxes in terms of mass flow rate in each riser tube. However, the total mass flow rate on the riser tubes was fixed at 217.4 g/s. For the uniform heat flux, while the water temperature of the steam drum and upper header were kept at steady state, the temperature of the lower header was fluctuated. For the non-uniform heat flux, while the temperature of the steam drum was kept steady state, the temperature difference increased in the right and left side of the upper header, and the temperature of the lower header was fluctuated.
Kim, Jin-Young;Kim, Jin-Guk;Kim, Jang-Gyeng;Chun, Gun-il;Kang, Shin-uk;Lee, Jeong-Ju;Nam, Woo-Sung;Kwon, Hyun-Han
Journal of Korea Water Resources Association
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v.53
no.8
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pp.569-582
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2020
Recently, Korea has faced a change in the pattern of water use due to urbanization, which has caused difficulties in understanding the rainfall-runoff process and optimizing the allocation of available water resources. In this perspective, spatially downscaled analysis of the water balance is required for the efficient operation of water resources in the National Water Management Plan and the River Basin Water Resource Management Plan. However, the existing water balance analysis does not fully consider water circulation and availability in the basin, thus, the obtained results provide limited information in terms of decision making. This study aims at developing a novel water circulation analysis model that is designed to support a quasi-real-time assessment of water availability along the river. The water circulation model proposed in this study improved the problems that appear in the existing water balance analysis. More importantly, the results showed a significant improvement over the existing model, especially in the low flow simulation. The proposed modeling framework is expected to provide primary information for more realistic hydrological drought monitoring and drought countermeasures by providing streamflow information in quasi-real-time through a more accurate natural flow estimation approach with highly complex network.
Knowledge of ground thermal properties is most important for the proper design of BHE(borehole heat exchanger) systems. The configure type, pipe size and thermal performance of the BHE is highly dependent on the ground source heatpump system-efficiency and instruction cost. Thermal response tests with mobile measurement devices were developed primarily for in-situ determination of design data for Standing Column Well apply. The main purpose has been to determine in-situ values of effective ground thermal conductivity and thermal resistance, including the effect of ground-water flow and natural convection in the boreholes. The test rig is set up on a some trailer, and contains a sub-circulation pump, a boiler, temperature sensors, flow meter and a data logger for recording the temperature and circulation fluid flow data. A constant heating power is injected into the SCW through the test rig and the resulting temperature change in the SCW is recorded. The recorded temperature data are analysed with a line-source model, which gives the effective in-situ values of rock thermal conductivity and thermal resistance of SCW.
The closed water bodies, such as reservoirs and lakes, could be contaminated by an inflow of pollutants in the upstream as well as a stratification caused by seasonal natural phenomena. The vertical circulation particularly plays an important role in reduction of environmental pollutants. The factors of the vertical circulation are the temperature, wind, thermal diffusivity and sunlight. The wind is probably the most significant factor among them. Thus, it is necessary to describe the validation and application of a three-dimensional numerical model of wind-induced circulation in a thermally stratified flow. In this paper, a three-dimensional numerical model for the thermally stratified flows is presented. The model is conducted in three steps to calculate the velocity components from the momentum equations in x- and y- axis directions, the elevations from the free surface equation and the temperature from the scalar transport equation. Numerical predictions are compared with available analytical solutions for the sloshing free surface movement in a rectangular basin. The numerical results generally show a reasonable agreement with analytical solutions. And the model is applied to the circulation for the wind induced flow in a thermally stratification. Consequently, the developed model is validated by two verifications and phenomena of the internal flow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.6
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pp.418-426
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2009
The effect of an inertia moment of a pump flywheel on the thermal-hydraulic behaviors of the KALIMER-600(Korea Advanced LIquid MEtal Reactor) reactor pool during an early-phase of a loss of normal heat sink accident was investigated. The thermal-hydraulic analyses for a steady and a transient state were made by using the COMMIX-1AR/P code. In the present analysis a quarter of the reactor geometry was modeled in a cylindrical coordinate system, which includes a quarter of a reactor core and a UIS, a half of a DHX and a pump and a full IHX. In order to evaluate the effects of an inertia moment of the pump flywheel, a coastdown flow whose flow halving time amounts to 3.69 seconds was supplied to a natural circulation flow in the reactor vessel. Thermal-hydraulic behaviors in the reactor vessel were compared to those without the flywheel equipment. The numerical results showed a good agreement with the design values in a steady state. It was found that the inertia moment contributes to an increase in the circulation flow rate during the first 40 seconds, however to a decrease of it there after. It was also found that the flow stagnant region induced by a core exit overcooling decelerated the flow rate. The appearance of the first-peak temperature was delayed by the flow coastdown during the initial stages after a reactor trip.
Park, Hyun-Sik;Choi, Ki-Yong;Choi, Seok;Yi, Sung-Jae;Park, Choon-Kyung;Chung, Moon-Ki
Nuclear Engineering and Technology
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v.41
no.1
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pp.53-62
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2009
A set of experiments has been conducted on the performance sensitivity of the passive residual heat removal system (PRHRS) for an advanced integral type reactor, SMART, by using a high temperature and high pressure thermal-hydraulic test facility, the VISTA facility. In this paper the effects of the opening delay of the PRHRS bypass valves and the closing delay of the secondary system isolation valves, and the initial water level and the initial pressure of the compensating tank (CT) are investigated. During the reference test a stable flow occurs in a natural circulation loop that is composed of a steam generator secondary side, a secondary system, and a PRHRS; this is ascertained by a repetition test. When the PRHRS bypass valves are operated 10 seconds later than the secondary system isolation valves, the primary system is not properly cooled. When the secondary system isolation valves are operated 10 or 30 seconds later than the PRHRS bypass valves, the primary system is effectively cooled but the inventory of the PRHRS CT is drained earlier. As the initial water level of the CT is lowered to 16% of the full water level, the water is quickly drained and then nitrogen gas is introduced into the PRHRS, resulting in the deterioration of the PRHRS performance. When the initial pressure of the PRHRS is at 0.1MPa, the natural circulation is not performed properly. When the initial pressures of the PRHRS are 2.5 or 3.5 MPa, they show better performance than did the reference test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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