The effect of unreactive coupling agent on mechanical and thermal properties of talc-filled polypropylene (PP) composites was studied. Stearic and oleic acids were introduced as coupling agents, and tensile, flexural, and impact strength, thermal stability and melting transition temperature were measured and analyzed according to the types and concentration of coupling agents. Tensile and flexural strength were enhanced by introduction of coupling agent and the maximum effect was observed at the concentration of 3 wt% of coupling agent. Tensile and flexural strength of PP treated with oleic acid were higher than those of PP treated with stearic acid. but impact strength vice-versa. The reasons for these results were postulated by analyzing morphologies of talc-filled PP observed by SEM.
Kim, Minjae;Kim, Yeongseon;Baeck, Sung Hyeon;Shim, Sang Eun
Carbon letters
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v.16
no.1
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pp.34-40
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2015
In this study, in order to improve the thermal and electrical properties of epoxy/graphene nanoplatelets (GNPs), surface modifications of GNPs are conducted using silane coupling agents. Three silane coupling agents, i.e. 2-(3,4-epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilane (ETMOS), 3-glycidoxypropyltriethoxysilane (GPTS), and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS), were used. Among theses, GPTMS exhibits the best modification performance for fabricating GNP-incorporated epoxy composites. The effect of the silanization is evaluated using transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, and energy dispersive X-ray spectroscopy. The electrical and thermal conductivities are characterized. The epoxy/silanized GNPs exhibits higher thermal and electrical properties than the epoxy/raw GNPs due to the improved dispersion state of the GNPs in the epoxy matrix. The TEM microphotographs and Turbiscan data demonstrate that the silane molecules grafted onto the GNP surface improve the GNP dispersion in the epoxy.
Ye, Linrong;Yu, Hao;Wang, Mingjun;Wang, Qianglong;Tian, Wenxi;Qiu, Suizheng;Su, G.H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.97-109
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2022
Multi-dimensional coupling analysis is a research hot spot in nuclear reactor thermal hydraulic study and both the full-scale system transient response and local key three-dimensional thermal hydraulic phenomenon could be obtained simultaneously, which can achieve the balance between efficiency and accuracy in the numerical simulation of nuclear reactor. A one-dimensional to three-dimensional (1D-3D) coupling platform for the nuclear reactor multi-dimensional analysis is developed by XJTU-NuTheL (Nuclear Thermal-hydraulic Laboratory at Xi'an Jiaotong University) based on the CFD code Fluent and system code RELAP5 through the Dynamic Link Library (DLL) technology and Fluent user-defined functions (UDF). In this paper, the International Standard Problem (ISP) No. 43 is selected as the benchmark and the rapid boron dilution transient in the nuclear reactor is studied with the coupling code. The code validation is conducted first and the numerical simulation results show good agreement with the experimental data. The three-dimensional flow and temperature fields in the downcomer are analyzed in detail during the transient scenarios. The strong reverse flow is observed beneath the inlet cold leg, causing the de-borated water slug to mainly diffuse in the circumferential direction. The deviations between the experimental data and the transients predicted by the coupling code are also discussed.
In this paper, the superposition principle of a heat sink temperature rise is verified based on the mathematical model of a plate-fin heat sink with two mounted heat sources. According to this, the distributed coupling thermal impedance matrix for a heat sink with multiple devices is present, and the equations for calculating the device transient junction temperatures are given. Then methods to extract the heat sink thermal impedance matrix and to measure the Epoxy Molding Compound (EMC) surface temperature of the power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) instead of the junction temperature or device case temperature are proposed. The new thermal impedance model for the power converters in Switched Reluctance Motor (SRM) drivers is implemented in MATLAB/Simulink. The obtained simulation results are validated with experimental results. Compared with the Finite Element Method (FEM) thermal model and the traditional thermal impedance model, the proposed thermal model can provide a high simulation speed with a high accuracy. Finally, the temperature rise distributions of a power converter with two control strategies, the maximum junction temperature rise, the transient temperature rise characteristics, and the thermal coupling effect are discussed.
Zhi Zheng;Yong Wang;Shuai Huang;Xiaolan Pan;Chunyang Su;Ye Sun
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2053-2068
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2023
Following a loss of coolant accident (LOCA), prestressing concrete containment vessels (PCCVs) may experience high thermal load as well as internal pressure. The high temperature stress would increase the risk of premature damage to the containment, which reduces the safety margin during the increasing internal pressure. However, current investigations cannot clearly address the issues of thermal-pressure coupling effect on damage propagation and thus safety of the containment. Thus, this paper offers three simple and powerful damage parameters to differentiate the severity of damage of the containment. Moreover, despite of the temperature action severely threatening the pressure performance of the containment, the research regarding the improvement of the resistant performance of the containment is quite scarce. Therefore, in this paper, a comprehensive comparison of damage propagation and mechanism between conventional and fiber-reinforced concrete (FRC) containments is performed. The effects of fiber characteristics parameters on damage propagation of structures following the LOCA are also specifically revealed. It is found that the proposed damage indices can properly indicate state of damage in the containment body and the addition of fiber can be used to obviously mitigate the damage propagation in PCCV considering the thermal-pressure coupling.
The plate-type fuel assembly adopted in nuclear research reactor suffers from complicated effect induced by non-uniform irradiation, which might affect stress conditions, mechanical behaviors and thermal-hydraulic performance of the fuel assembly. This paper is the Part II work of a two-part study devoted to analyzing the complex unique mechanical deformation and thermal-hydraulic characteristics for the typical plate-type fuel assembly under irradiation effect, which is on the basis of developed and verified numerical thermal-fluid-structure coupling methodology under irradiation in Part I of this work. The mechanical deformation, thermal-hydraulic performance and Mises stress have been analyzed for the typical plate-type fuel assembly consisting of support plates under non-uniform irradiation. It was interesting to observe that: the plate-type fuel assembly including the fuel plates and support plates tended to bend towards the location with maximum fission rate; the hot spots in the fuel foil appeared at the location with maximum thickness increment; the maximum Mises stress of fuel foil was located at the adjacent location with the maximum plate thickness increment et al.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1220-1228
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2003
The mirage technique is proved to be powerful in measuring the thermal diffusivity of materials. In particular, its contactless nature makes it suitable for delicate samples and microscale structures. In this study, thermal-wave-coupling method is developed in a general form for both thermally thin and thick samples. In the suggested measuring scheme, the probe beam can be positioned close to the pump beam and the absolute position need not be measured. Therefore the new scheme provides a relatively simple yet effective way to determine the thermal diffusivity of thermally thick samples. Thermal diffusivities of bulk samples like Ni and Al were measured and the characteristics of mirage signal for a thin film were observed by using the mirage experimental setup. The apparent thermal diffusivity was measured by varying such parameters as probe beam height, size of pump beam, power of pump beam, and surface condition of sample. From the practical standpoint, it is shown that the size of the pump beam is the most important factor for accurate thermaldiffusivity measurement. Experiments using thin-film samples show that the thermal diffusivity of a substrate covered with thin film can be measured by photothermal mirage signals.
Zhigang Li;Junjie Pan;Bangyang Xia;Shenglong Qiang;Wei Lu;Qing Li
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3213-3228
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2023
As an important part of the digital reactor, the pin-by-pin wise fine coupling calculation is a research hotspot in the field of nuclear engineering in recent years. It provides more precise and realistic simulation results for reactor design, operation and safety evaluation. CORCA-K a nodal code is redeveloped as a robust pin-by-pin wise neutronics and thermal-hydraulic coupled calculation code for pressurized water reactor (PWR) core. The nodal green's function method (NGFM) is used to solve the three-dimensional space-time neutron dynamics equation, and the single-phase single channel model and one-dimensional heat conduction model are used to solve the fluid field and fuel temperature field. The mesh scale of reactor core simulation is raised from the nodal-wise to the pin-wise. It is verified by two benchmarks: NEACRP 3D PWR and PWR MOX/UO2. The results show that: 1) the pin-by-pin wise coupling calculation system has good accuracy and can accurately simulate the key parameters in steady-state and transient coupling conditions, which is in good agreement with the reference results; 2) Compared with the nodal-wise coupling calculation, the pin-by-pin wise coupling calculation improves the fuel peak temperature, the range of power distribution is expanded, and the lower limit is reduced more.
In this work, transient thermo-piezo-elastic responses of an infinite functionally graded piezoelectric (FGPE) plate whose upper surface suffers time-dependent thermal shock are investigated in the context of different thermo-piezo-elastic theories. The thermal and mechanical properties of functionally graded piezoelectric plate under consideration are expressed as power functions of plate thickness variable. The solution of problem is obtained by solving the corresponding finite element governing equations in time domain directly. Transient thermo-piezo-elastic responses of the FGPE plate, including temperature, stress, displacement, electric intensity and electric potential are presented graphically and analyzed carefully to show multi-field coupling behaviors between them. In addition, the effects of functionally graded parameters on transient thermo-piezo-elastic responses are also investigated to provide a theoretical basis for the application of the FGPE materials.
A previous study demonstrated that the two-row fuel assembly has much more favorable neutron-physical and thermal-hydraulic behavior than the conventional one-row fuel assemblies. Based on the newly developed two-row fuel assembly, an SCWR core is proposed and analyzed. The performance of the proposed core is investigated with 3-D coupled neutron-physical and thermal-hydraulic calculations. During the coupling procedure, the thermal-hydraulic behavior is analyzed using a sub-channel analysis code and the neutron-physical performance is computed with a 3-D diffusion code. This paper presents the main results achieved thus far related to the distribution of some neutronic and thermal-hydraulic parameters. It shows that with adjustment of the coolant and moderator mass flow in different assemblies, promising neutron-physical and thermal-hydraulic behavior of the SCWR core is achieved. A sensitivity study of the heat transfer correlation is also performed. Since the pin power in fuel assemblies can be non-uniform, a sub-channel analysis is necessary in order to investigate the detailed distribution of thermal-hydraulic parameters in the hottest fuel assembly. The sub-channel analysis is performed based on the bundle averaged parameters obtained with the core analysis. With the sub-channel analysis approach, more precise evaluation of the hot channel factor and maximum cladding surface temperature can be achieved. The difference in the results obtained with both the sub-channel analysis and the fuel assembly homogenized method confirms the importance of the sub-channel analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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