Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.10
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pp.1327-1339
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1999
Characteristics of two-phase flow and heat transfer were numerically investigated in a submerged gas Injection system. Effects of both the gas flow rate and bubble size were investigated. In addition, heat transfer characteristic and effects of heat transfer were investigated when temperature of the injected gas was different from that of the liquid. The Eulerian approach was used for the formulation of both the continuous and the dispersed phases. The turbulence in the liquid phase was modeled by the use of the standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The interphase friction and heat transfer coefficient were calculated by means of correlations available in the literature. The turbulent dispersion of the phases was modeled by introducing a "dispersion Prandtl number". The plume region and the axial velocities are increased with increases in the gas flow rate and with decreases in the bubble diameter. The turbulent flow field grows stronger with the increases in the gas flow rate and with the decreases in the bubble diameter. In case that the heat transfer between the liquid and the gas is considered, the axial and the radial velocities are decreased in comparison with the case that there is no temperature difference between the liquid and the gas when the temperature of the injected gas is higher than the mean liquid temperature. The results in the present research are of interest in the design and the operation of a wide variety of material and chemical processes.
In the present study, the numerical investigation on the effects of water-mist characteristics has been carried out for the fire suppression mechanism. The FDS are used to simulate the interaction of fire plume and water mists, and program describes the fire-driven flows using LES turbulence model, the mixture fraction combustion model, the finite volume method of radiation transport for a non-scattering gray gas, and conjugate heat transfer between wall and gas flow. The numerical model is consisted of a rectangular enclosure of $L{\times}W{\times}H=1.5{\times}1.5{\times}2.0m$ and a water mist nozzle that be installed 1.8m from fire pool. In the study, the parameters of nozzle for simulation are the droplet size and the spray velocity. Finally, the droplet size influences to fire flume on fire suppression than spray velocity because of the effect of terminal velocity, and the optimal condition for fire suppression is that the droplet size and the spray velocity are $100{\mu}m$ and 20m/s, respectively.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.321-324
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2011
A computational analysis of nozzle flow characteristics and plume structure using Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $k-{\omega}$ SST turbulence model was conducted to examine performance of the supersonic nozzle employed in a small liquid-rocket engine for ground firing test. Computed results and experimental outcome of 2-D converging-diverging nozzle flow were compared for verifying the computational capability as well as the turbulence model validity. Numerical computations of 2-D axisymmetric nozzle flow was carried out with the selected model. As a result, flow separation with backflow appeared around the nozzle exit. This investigation was reported as a background data for the optimal nozzle design of small liquid-propellant rocket engine for ground test.
A laboratory experiment using artificial fracture rocks was used to understand the 3-dimensional dispersion of a tracer and the mixing process in a fractured network. In this experiment, 12cm polystyrene foam cubes with two electrodes for monitoring electric conductivity (EC) were used as artificial fractured rocks. Distilled water with 0.5mS/m was used as a tracer in water with 35mS/m and the difference of EC between the tracer and the water was monitored by a multipoint simultaneous measurement system of electrical resistance. The results showed that even if the fracture arrangement pattern was not straight in the direction of the flow, the tracer did not diffuse along individual fractures and an oval tracer plume, which was the distribution of tracer concentrations, tended to be form in the direction of the flow. The vertical cross section of the tracer distribution showed small diffusivity in the vertical direction. The calculated total tracer volume passing through each measurement point in the horizontal cross section showed while that the solute passed through measurement points near the direction of hydraulic gradient and in other directions, the passed tracer volumes were small. Using Peclet number as a criterion, it was found that the mass distribution at the fracture intersection was controlled in the stage of transition between the complete mixing model and the streamline routing model.
Understanding the thermohydraulic processes in the aquifer is necessary for a proper design of the aquifer thermal energy utilization system under given conditions. Experimental and numerical test were accomplished to evaluate the relationship between the geothermal heat exchanger operation and hydrogeological conditions in the open-loop geothermal system. Sand tank experiments were designed to investigate the open-loop geothermal system. Water injection and extract ion system as open-loop borehole heat exchanger was applied to observe the temperature changes in time at injection well, extraction well and ambient groundwater. The thermohydraulic transfer for heat storage was simulated using FEFLOW for two cases of extraction and injection phase operation in sand tank model. As one case, the movement of the thermal plume was simulated with variable locations of injection and extraction well. As another case, the simulation was performed with fixed location of injection and extraction well. The simulation and experimental results showed that the temperature distribution depends highly on the injected water temperature and the length of injection time and the groundwater flow and pumping rate sensitively affect the heat transfer.
The numerical investigation on the effects of water-mist characteristics has been carried out for the fire suppression mechanism. The FDS are used to simulate the interaction of fire plume and water mists, and program describes the fire-driven flows using LES turbulence model, the mixture fraction combustion model, the finite volume method of radiation transport for a non-scattering gray gas, and conjugate heat transfer between wall and gas flow. The numerical model is consisted of a rectangular enclosure of $L{\times}W{\times}H=1.5{\times}1.5{\times}2.0m^3$ and a water mist nozzle that be installed 1.8 m from fire pool. In the present study, the parameters of nozzle for simulation are the droplet size and the spray velocity. The droplet size influences to fire flume on fire suppression more than the spray velocity because of the effect of the terminal velocity. The optimal condition for fire suppression is that the droplet size and the spray velocity are $100{\mu}m$ and 20 m/s respectively.
The demand for mass calculation of offsite consequence analysis to conduct exhaustive single-unit or multi-unit Level 3 PSA is increasing. In order to perform efficient offsite consequence analyses, the Korea Atomic Energy Research Institute is conducting model optimization studies to minimize the analysis time while maintaining the accuracy of the results. A previous study developed a model optimization method using efficient plume segmentation and verified its effectiveness. In this study, we investigated the possibility of optimizing the model through particle size distribution setting by checking the reduction in analysis time and deviation of the results. Our findings indicate that particle size distribution setting affects the results, but its effect on analysis time is insignificant. Therefore, it is advantageous to set the particle size distribution as fine as possible. Furthermore, we evaluated the effect of multithreading and confirmed its efficiency. Future optimization studies should be conducted on various input factors of offsite consequence analysis, such as spatial grid settings.
To model the atmospheric dispersion of radionuclides released from nuclear accident is very important for nuclear emergency. But the uncertainty of model parameters, such as source term and meteorological data, may significantly affect the prediction accuracy. Data assimilation (DA) is usually used to improve the model prediction with the measurements. The paper proposed a parameter bias transformation method combined with Lagrangian puff model to perform DA. The method uses the transformation of coordinates to approximate the effect of parameters bias. The uncertainty of four model parameters is considered in the paper: release rate, wind speed, wind direction and plume height. And particle swarm optimization is used for searching the optimal parameters. Twin experiment and Kincaid experiment are used to evaluate the performance of the proposed method. The results show that the proposed method can effectively increase the reliability of model prediction and estimate the parameters. It has the advantage of clear concept and simple calculation. It will be useful for improving the result of atmospheric dispersion model at the early stage of nuclear emergency.
Two methods, the numerical method of CPQRA and the manual method of IAEA, were used to estimate the effect distance from release and dispersion of toxic materials. The Gaussian plume model which has a weather stability class D with wind velocity of 5m/s was applied to calculate dispersion of toxic materials. Also, probit function were employed to evaluate the human fatality as a result of exposure to toxic gases. Furthermore, concentration of toxic materials corresponding to LC$_{50}$ for 30 min could be determined by setting Pr as 5.0 and solving the probit function. Calculations were conducted by employing chlorine and ammonia as toxic materials because they are not only most commonly used In chemical plants but also very harmful to humans. Calculated results by employing toxic materials indicated that the effect distance from the CPQRA method was between the minimum and maximum distance from the method proposed by IAEA.A.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.16
no.E2
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pp.97-103
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2000
A Thermal Internal Boundary Layer(TIBL) develops over the landside from the coast due to the surface temperature difference between the land the sea when sea breeze froms. The TIBL plays an important role in determining the pollutant concentrations where the plume emitted from a tall stack near the coast fumigates to the ground. The fumigation results in the high ground the TIBL height from the available meterological data is very important. The TIBL models avaliable in the literature were analyzed to identify the suitable model to apply in the fumigation. The TIBL heights predicted by the existing models were compared with the measurements in the water tank experiment. The results show that the TIBL models by Raynor is appropriate to predict the height of TIBL.
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