The domestic innovative power reactor named iPOWER will employ the passive molten corium cooling system(PMCCS) to cool down and stabilize the core melt in the severe accident. The final design concept of the PMCCS is yet to be determined, but the in-vessel retention through external reactor vessel cooling has been also considered as a viable strategy to cope with the severe accident. In this study, the two-phase natural circulation flow established between the reactor vessel and the insulation was simulated using a thermal-hydraulic system code, MARS-KS. The flow path of cooling water was modeled with one-dimensional nodes, and the boundary condition of the heat load from the molten core was defined to estimate the naturally-driven flow rate. The evolution of major thermal-hydraulic parameters were also evaluated, including the temperature and the level of cooling water, the void fraction around the lower head of the reactor vessel, and the heat transfer mode on its external surface.
Micro-electro-mechanical systems (MEMS) are widely employed in sensors, biomedical devices, optic sectors, and micro-accelerometers. New reinforcement materials such as carbon nanotubes as well as graphene platelets provide stiffer structures with controllable mechanical specifications by changing the graphene platelet features. This paper deals with buckling analyses of functionally graded graphene platelets micro plates with two piezoelectric layers subjected to external applied voltage. Governing equations are based on Kirchhoff plate theory assumptions beside the modified couple stress theory to incorporate the micro scale influences. A uniform temperature change and external electric field are regarded along the micro plate thickness. Moreover, an external in-plane mechanical load is uniformly distributed along the micro plate edges. The Hamilton's principle is employed to extract the governing equations. The material properties of each composite layer reinforced with graphene platelets of the considered micro plate are evaluated by the Halpin-Tsai micromechanical model. The governing equations are solved by the Navier's approach for the case of simply-supported boundary condition. The effects of the external applied voltage, the material length scale parameter, the thickness of the piezoelectric layers, the side, the length and the weight fraction of the graphene platelets as well as the graphene platelets distribution pattern on the critical buckling temperature change and on the critical buckling in-plane load are investigated. The outcomes illustrate the reduction of the thermal buckling strength independent of the graphene platelets distribution pattern while meanwhile the mechanical buckling strength is promoted. Furthermore, a negative voltage, -50 Volt, strengthens the micro plate stability against the thermal buckling occurrence about 9% while a positive voltage, 50 Volt, decreases the critical buckling load about 9% independent of the graphene platelet distribution pattern.
Noh, Tae Won;Roh, Tae-Seong;Lee, Hyoung Jin;Lee, Hyunseob;Yoo, Phil Hoon
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.26
no.2
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pp.1-11
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2022
The heat transfer coefficient on the wall, which is used as a boundary condition in the thermal analysis of general contract-divergent supersonic nozzles, affects the thermal analysis accuracy of the entire nozzle. Accordingly, many methods of deriving a heat transfer coefficient have been proposed. In this study, the accuracy of each method was compared. For this purpose, the heat transfer coefficients were calculated through theoretical-based analogy methods, semi-empirical equations, and CFD simulations for the previously performed heat transfer experiment with an isothermal wall and compared with the experimental results. The results show that the Prandtl-Taylor analogy methods and the CFD results with the k-ω SST turbulence model were in good agreement with the experimental results. Furthermore, the Modified Bartz empirical formula showed an overall over-prediction tendency.
The aim of current work is to evaluate thermo-electrical characteristics of graphene nanoplatelets Reinforced Composite (GNPRC) coupled with magneto-electro-elastic (MEE) face sheet. In this regard, a cylindrical smart nanocomposite made of GNPRC with an external MEE layer is considered. The bonding between the layers are assumed to be perfect. Because of the layer nature of the structure, the material characteristics of the whole structure is regarded as graded. Both mechanical and thermal boundary conditions are applied to this structure. The main objective of this work is to determine critical temperature and critical voltage as a function of thermal condition, support type, GNP weight fraction, and MEE thickness. The governing equation of the multilayer nanocomposites cylindrical shell is derived. The generalized differential quadrature method (GDQM) is employed to numerically solve the differential equations. This method is integrated with Deep Learning Network (DNN) with ADADELTA optimizer to determine the critical conditions of the current sandwich structure. This the first time that effects of several conditions including surrounding temperature, MEE layer thickness, and pattern of the layers of the GNPRC is investigated on two main parameters critical temperature and critical voltage of the nanostructure. Furthermore, Maxwell equation is derived for modeling of the MEE. The outcome reveals that MEE layer, temperature change, GNP weight function, and GNP distribution patterns GNP weight function have significant influence on the critical temperature and voltage of cylindrical shell made from GNP nanocomposites core with MEE face sheet on outer of the shell.
Mun, Sun-Yeo;Hwang, Cheol-Hong;Park, Jong Seok;Do, Kyusik
Fire Science and Engineering
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v.27
no.2
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pp.31-39
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2013
The Fire Dynamics Simulator (FDS) has been applied to simulate a full-scale pool fire in well-confined and mechanically ventilated multi-compartments representative of nuclear power plant. The predictive performance of FDS was evaluated through a comparison of the numerical data with experimental data obtained by the OECD/NEA PRISME project. To identify clearly the FDS results regarding to the user-dependence in the process of FDS implementation except for the intrinsic limitation of FDS such as simple combustion model, only the over-ventilated fire condition was chosen. In particular, the importance of accurate boundary conditions (B.C.) in mechanically ventilated system were discussed in details. It was known from FDS results that the B.C. on inlet and outlet vents did significantly affect the thermal and chemical characteristics inside the compartments. Finally, it was confirmed that the FDS imposed an accurate ventilation B.C. provided qualitatively good agreement with temperatures, heat fluxes and concentrations measured inside the nuclear-type multi-compartments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.12
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pp.953-963
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2015
There is an increasing need to understand the thermal-hydraulic phenomena, including the critical heat flux (CHF), in narrow rectangular channels and consider these in system design. The CHF mechanism under a saturated flow boiling condition involves the depletion of the liquid film of an annular flow. To predict this type of CHF, the previous representative liquid film dryout models (LFD models) were studied, and their shortcomings were reviewed, including the assumption that void fraction or quality is constant at the boundary condition for the onset of annular flow (OAF). A new LFD model was proposed based on the recent constitutive correlations for the droplet deposition rate and entrainment rate. In addition, this LFD model was applied to predict the CHF in vertical narrow rectangular channels that were uniformly heated. The predicted CHF showed good agreement with 284 pieces of experimental data, with a mean absolute error of 18. 1 % and root mean square error of 22.9 %.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.8
no.2
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pp.53-57
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2007
In this study, a novel slurry containing ceria as the abrasive particles was analyzed in terms of its frictional, thermal and kinetic attributes for interlayer dielectric (ILD) CMP application. The novel slurry was used to polish 200-mm blanket ILD wafers on an $IC1000_{TM}$ K-groove pad with in-situ conditioning. Polishing pressures ranged from 1 to 5 PSI and the sliding velocity ranged from 0.5 to 1.5 m/s. Shear force and pad temperature were measured in real time during the polishing process. The frictional analysis indicated that boundary lubrication was the dominant tribological mechanism. The measured average pad leading edge temperature increased from 26.4 to $38.4\;^{\circ}C$ with the increase in polishing power. The ILD removal rate also increased with the polishing power, ranging from 400 to 4000 A/min. The ILD removal rate deviated from Prestonian behavior at the highest $p{\times}V$ polishing condition and exhibited a strong correlation with the measured average pad leading edge temperature. A modified two-step Langmuir-Hinshelwood kinetic model was used to simulate the ILD removal rate. In this model, transient flash heating temperature is assumed to dominate the chemical reaction temperature. The model successfully captured the variable removal rate behavior at the highest $p{\times}V$ polishing condition and indicates that the polishing process was mechanical limited in the low $p{\times}V$ polishing region and became chemically and mechanically balanced with increasing polishing power.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.2
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pp.253-261
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1987
Thermoacoustic oscillation of an air column induced by heated wires is investigated analytically and experimentally. Acoustic power generation from a single heater wire is estimated based on the result of heat transfer analysis and expressed in terms of the efficiency factor indicating the conversion efficiency from heat to acoustic energy. It is shown that the efficiency factor becomes maximum when the wire radius is the order of the coustic boundary layer thickness and the flow velocity is close to the thermal diffusion velocity. Onset condition of the column oscillation is obtained by equating the acoustic power generation at the heater to the power loss due to thermoviscous dissipation at the tube wall and the convection and radiationloss at the open ends of the tube. In estimating the acoustic power generation, the heater is treated as a stretched single wire by correcting the flow velocity to take into account the interactions between adjacent heater wires. Experiment is performed by using a spiral heater of 1mm diameter in an air column of 37mm diameter. The heat input to drive the oscillation is measured and compared with the theoretical prediction. A good agreement is found between the theory and experiment, which is regarded as a substantial verification of the present analysis.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.60
no.2
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pp.75-84
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2018
Thermal stress of livestock has been issued due to recent climate change trends and this causes reproductive disorders, decreased feed consumption, immunosuppression, and increased mortality of animals. Concept of THI has been widely used to quantitatively evaluate the degree of thermal stress for animals, however use of this concept is restricted for animals living in the enclosed facilities such as mechanically ventilated broiler houses. In this study, time-based internal energy flow and variation trends of temperature and humidity were analyzed based on BES technique. Local weather data, insulation characteristics of building materials, heat and moisture generation rate from broilers according to age, algorithm of ventilation operation were adopted for boundary condition of the model to accurately compute THI values inside the mechanically ventilated broiler house. From the BES computation, excess frequency of THI threshold in Jeju city was highest on the assumption that air conditioning equipments were not installed. When general raising density ($39kg\;m^{-2}$) was adopted, total 2,191 hours were exceeded. Excess hours of THI threshold were strongly related to the cumulative air temperature ($R^2=0.87$).
At Aspo hard rock laboratory in Sweden, an in-situ heater experiment called "$\"{A}"{s}"{p}"{o}$ Pillar Stability Experiment (APSE)" is prepared to assess capability to predict spatting and stability in a rock mass between deposition holes for radioactive waste. To Predict reasonably fracturing process at rock pillar under a planned configuration before testing, a boundary element code FRACOD has been applied for modelling. The code has been improved to simulate explicitly fracture evolution both at rock boundaries and in intact rocks. A new inverse stress reconstruction technique using boundary element has been also developed to transfer stress field by excavation and thermal loading into the FRACOD model. This article presents the results from predictive modelling far the planned in-situ test condition. Excavation induced stresses might cause slight fracturing in the pillar walls. Typical shear fractures have been initiated and propagated near central pillar walls during 120 days of heating, but overall rock mass remained stable under the considered configuration. The effects of pre-existing joints and properties of fractures are also discussed. It is found from the results that FRACOD can properly model essential rock spatting and propagation at deep tunnels and boreholes.at deep tunnels and boreholes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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