A computational fluid dynamics model for predicting moderator circulation inside the Canada deuterium uranium (CANDU) reactor vessel has been developed to estimate the local subcooling of the moderator in the vicinity of the calandria tubes. The buoyancy effect induced by the internal heating is accounted for by the Boussinesq approximation. The standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model with logarithmic wall treatment is applied to predict the turbulent jet flows from the inlet nozzles. The matrix of the calandria tubes in the core region is simplified to a porous media in which the anisotropic hydraulic impedance is modeled using an empirical correlation of pressure loss. The governing equations are solved by DFX-4.4, a commercial CFD code developed by AEA technology. The resultant flow patterns of the constant-z slices containing the inlet nozzles and the outlet port are "mined-type", as observed in the former 2-dimensional experimental investigations. With 103% full power for conservatism, the maximum temperature of the moderator is $82.9^{\circ}C$ at the top of the core region. Considering the hydrostatic pressure change, the minimum subcooling is $24.8^{\circ}C$.
Kim, Jaemin;Cho, Hyeongkyu;Kim, Taekgi;Kim, Moonsang;Kim, Yongsuk;Kim, Yongnyun
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.1
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pp.74-87
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2015
A numerical parametric study has been accomplished to figure out the effect of grille shape built in a small passenger car on the aerodynamic performance such as drag and mass flow rate through CRFM(Condenser Radiator Fan Module). Three grille opening parameters and three grille mesh parameters are selected and adopted to a simple shape passenger car model. This research will provide a design guideline for grille opening geometry and mesh shape in the grille. FLUENT, which is very well known commercial code, hires k-${\epsilon}$ turbulence model at the driving speed of 110km/h with moving wall boundary condition. A porous media condition is prepared to estimate the pressure drop amount through CRFM parts.
In order to examine the characteristics of tsunami run-up heights on impermeable/permeable slope, a numerical wave tank by upgrading LES-WASS-3D was used in this study. Then, the model were compared with existing hydraulic model test for its verification. The numerical results well reproduced experimental results of solitary wave deformation, propagation and run-up height under various conditions. Also, the numerical simulation with a slope boundary condition has been carried out to understand solitary wave run-up on impermeable/permeable slope. It is shown that the run-up heights on permeable slope is 52.64-63.2% smaller than those on the impermeable slope because of wave energy dissipation inside the porous media. In addition, it is revealed that the numerical results with slope boundary condition agreed well with experimental results in comparison with the results by using stair type boundary condition.
The water retention function which has the hysteresis phenomena is required to analyze the Richards equation which is a governing equation of the unsaturated flow, and its hysteresis phenomena has influence upon the characteristics of the unsaturated flow. The accuracy of the published hysteresis models is compared by using experimental data of the water retention function. The apparatus to experiment the hysteresis phenomena on the soil is developed, and experimental data for the main wetting process and the main drying process of the water retention function are obtained. The parameters of the van Genuchten equation are calibrated by using experimentally obtained data. As a result of the comparison of the selected hysteresis models which simulate the main drying curve from the main wetting curve, the Model I-1(Mualem) overestimates and the Model II-1(Mualem) underestimates but the Model III-2(Park and Sonu) similarly estimates the experimental data of the main drying curve.
The Disturbed State Concept (DSC) model, with simplified unloading/reloading formulation, is implemented in a nonlinear dynamic finite element program fur porous media named DSC_DYN2D. In this research, the DSC constitutive model is utilized using the HiSS model for relative intact (RI) part and the critical state model for the fully adjusted (FA) part in the material. The general formulation for implementation is developed. The cyclic loading tests from the field load test data on a pile segment were numerically simulated using the finite element program DSC_DYN2D and compared with field measurements and those from the previous analysis with the HiSS model. The DSC predictions show improved agreement with the field behavior of the pile compared to those from the HiSS model. Overall, the computer procedure with the DSC model allows improved and realistic simulation of the complex dynamic soil-structure interaction problems.
Kim, Young-Woo;Seo, Byong-Min;Hwang, Seung-Min;Park, Cha-Sik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.2
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pp.99-103
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2010
A new analytic solution was derived for the diffusion into or from an immobile zone of a rectangular 2-D pore. For a long time, the new solution converges to a traditional mobile-immobile zone (MIM) model, but only if the latter is used with an apparent initial concentration that is smaller by almost 20% than the true one. This is the tradeoff for using a simple MIM model instead of an exact model based on the diffusion equation. The mass-transfer coefficient was found to be constant for a sufficiently long time; it was proportional to the molecular diffusion and inversely proportional to the square of the pore depth. The mass-transfer coefficient was time-dependent for a sufficiently short time and may be significantly larger than its asymptotic value.
An aim of the study is to develop an efficient numerical simulation technique that can handle the two-scale analysis of fluid permeation filters fabricated by the partial sintering technique of small spherical ceramics. A solid-fluid mixture homogenization method is introduced to predict the mechanical characters such as rigidity and permeability of the porous ceramic filters from the micro-scale geometry and configuration of partially-sintered particles. An extended finite element (X-FE) discretization technique based on the enriched interpolations of respective characteristic functions at fluid-solid interfaces is proposed for the non-interface-fitted mesh solution of the micro-scale analysis that needs non-slip condition at the interface between solid and fluid phases of the unit cell. The homogenization and localization performances of the proposed method are shown in a typical two-dimensional benchmark problem whose model has a hole in center. Three-dimensional applications to the body-centered cubic (BCC) and face-centered cubic (FCC) unit cell models are also shown in the paper. The 3D application is prepared toward the computer-aided optimal design of ceramic filters. The accuracy and stability of the X-FEM based method are comparable to those of the standard interface-fitted FEM, and are superior to those of the voxel type FEM that is often used in such complex micro geometry cases.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2002.04a
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pp.122-126
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2002
Contaminant transport in porous media is characterized by solving an advection-dispersion equation(ADE). The ADE can cover equilibrium phenomena of interest, which include sorption, decay, and chemical reactions. Among these phenomena, sorption mechanism is described by several types of sorption isotherm. If we assume the sorption isotherm as linear, the solution of ADE can be easily procured. However, if we consider the sorption isotherm as non-linear isotherm like a Dual Reactive Domain Model (DRDM), the resulting differential equation becomes non-linear. In this case, the solution of ADE cannot be easily acquired by an analytic method. In this paper, we present the numerical analysis of ADE using a DRDM. The results reveal that even if sorption data may be fitted well using linear or non-linear isotherm, the characteristics of contaminant transport of the two cases are different from each other. To be concrete, the retardation of linear isotherm has stronger effect than that of the DRDM. As the non-linearity of sorption isotherm increases, the difference of retardation effects of the two cases becomes larger. For a pulse source, the maximum concentration of the linear model is higher than that of the DRDM, but the plume of the DRDM moves faster than that of the linear model. Behaviors of contaminant transport using the DRDM are consistent with common features of a linear model. For instance, biodegradation effect becomes larger as time goes by The faster the seepage velocity is, the faster the plume of contaminant moves. The plume of the contaminant is distributed evenly over overall domain in the event of high dispersion coefficient.
Yuan, Yao;Xu, Ye-Shuang;Shen, Jack S.;Wang, Bruce Zhi-Feng
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.5
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pp.467-477
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2018
Estimation of hydraulic parameters is a critical step during design of foundation dewatering works. When many piles are installed in an aquifer, estimation of the hydraulic conductivity should consider the blocking of groundwater seepage by the piles. Based on field observations during a dewatering project in Shanghai, hydraulic conductivities are back-calculated using a numerical model considering the actual position of each pile. However, it is difficult to apply the aforementioned model directly in field due to requirement to input each pile geometry into the model. To develop a simple numerical model and find the optimal hydraulic conductivity, three scenarios are examined, in which the soil mass containing the piles is considered to be a uniform porous media. In these three scenarios, different sub-regions with different hydraulic conductivities, based on either automatic inverted calculation, or on effective medium theory (EMT), are established. The results indicate that the error, in the case which determines the hydraulic conductivity based on EMT, is less than that determined in the automatic inversion case. With the application of EMT, only the hydraulic conductivity of the soil outside the pit should be inverted. The soil inside the pit with its piles is divided into sub-regions with different hydraulic conductivities, and the hydraulic conductivity is calculated according to the volume ratio of the piles. Thus, the use of EMT in numerical modelling makes it easier to consider the effect of piles installed in an aquifer.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.3
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pp.134-142
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2012
The competition to deliver ultra-low emitting vehicles at a reasonable cost is driving the automotive industry to invest significant manpower and test laboratory resources in the design optimization of increasingly complex exhaust after-treatment systems. Optimization can no longer be based on traditional approaches, which are intensive in hardware use and laboratory testing. The CFD is in high demand for the analysis and design in order to reduce developing cost and time consuming in experiments. This paper describes the development of a comprehensive practical model based on experiments for simulating the performance of automotive three-way catalytic converters, which are employed to reduce engine exhaust emissions. An experiment is conducted to measure species concentrations before and after catalytic converter for different loads on engine. The model simulates the emission system behavior by using an exhaust system heat conservation and catalyst chemical kinetic sub-model. CFD simulation is used to study the performance of automotive catalytic converter. The substrate is modeled as a porous media in FLUENT and the standard k-e model is used for turbulence. The flow pattern is changed from axial to radial by changing the substrate model inside the catalytic converter and the flow distribution and the conversion efficiency of CO, HC and NOx are achieved first, and the predictions are in good agreement with the experimental measurements. It is found that the conversion from axial to radial flow makes the catalytic converter more efficient. These studies help to understand better the performance of the catalytic converter in order to optimize the converter design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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