Li, Chunquan;Zou, Meng-Qiang;Shang, Yuling;Zhang, Ming
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제15권3호
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pp.356-364
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2015
The transmission performance of TSV considering the effect of electronic-thermal coupling is an new challenge in three dimension integrated circuit. This paper presents the thermal equivalent circuit (TEC) model of the TSV, and discussed the thermal equivalent parameters for TSV. Si layer is equivalent to transmission line according to its thermal characteristic. Thermal transient response (TTR) of TSV considering electronic-thermal coupling effects are proposed, iteration flow electronic-thermal coupling for TSV is analyzed. Furthermore, the influences of TTR are investigated with the non-coupling and considering coupling for TSV. Finally, the relationship among temperature, thickness of $SiO_2$, radius of via and frequency of excitation source are addressed, which are verified by the simulation.
In nuclear power plant (NPP) accidents, the containment is subject to high temperatures and high internal pressures, which may further trigger serious chain accidents such as core meltdown and hydrogen explosion, resulting in a significantly higher accident level. Therefore, studying the mechanical performance of a containment under high temperature and high internal pressure is relevant to the safety of NPPs. Based on similarity principles, the 1:3.2 scale model of a prestressed concrete containment vessel (PCCV) of a NPP was designed. The loading method, which considers the thermal-pressure coupling conditions, was used. The mechanical response of the PCCV was investigated with a simultaneous increase in internal pressure and temperature, and the failure mechanism of the PCCV under thermal-pressure coupling conditions was revealed.
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.
Santiago F. Corzo ;Dario M. Godino ;Alirio J. Sarache Pina;Norberto M. Nigro ;Damian E. Ramajo
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1911-1923
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2023
The nuclear safety assessment involving large transient simulations is forcing the community to develop methods for coupling thermal-hydraulics and neutronic codes and three-dimensional (3D) Computational Fluid Dynamics (CFD) codes. In this paper a set of dynamic boundary conditions are implemented in OpenFOAMⓇ in order to apply zero-dimensional (0D) approaches coupling with 3D thermal-hydraulic simulation in a single framework. This boundary conditions are applied to model pipelines, tanks, pumps, and heat exchangers. On a first stage, four tests are perform in order to assess the implementations. The results are compared with experimental data, full 3D CFD, and system code simulations, finding a general good agreement. The semi-implicit implementation nature of these boundary conditions has shown robustness and accuracy for large time steps. Finally, an application case, consisting of a simplified open pool with a cooling external circuit is solved to remark the capability of the tool to simulate thermal hydraulic systems commonly found in nuclear installations.
The plate-type fuel assembly adopted in nuclear research reactor suffers from complicated effect induced by non-uniform irradiation, which might affect its stress conditions, mechanical behavior and thermal-hydraulic performance. A reliable numerical method is of great importance to reveal the complex evolution of mechanical deformation, flow redistribution and temperature field for the plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation. This paper is the first part of a two-part study developing the numerical methodology for the thermal-fluid-structure coupling behaviors of plate-type fuel assembly under irradiation. In this paper, the thermal-fluid-structure coupling methodology has been developed for plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation condition by exchanging thermal-hydraulic and mechanical deformation parameters between Finite Element Model (FEM) software and Computational Fluid Dynamic (CFD) software with Mesh-based parallel Code Coupling Interface (MpCCI), which has been validated with experimental results. Based on the established methodology, the effects of non-uniform irradiation and fluid were discussed, which demonstrated that the maximum mechanical deformation with irradiation was dozens of times larger than that without irradiation and the hydraulic load on fuel plates due to differential pressure played a dominant role in the mechanical deformation.
Zhigang Li;Junjie Pan;Bangyang Xia;Shenglong Qiang;Wei Lu;Qing Li
Nuclear Engineering and Technology
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제55권9호
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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.
Blanket is of vital importance for engineering application of the fusion reactor. Nuclear heat deposition in materials is the main heat source in blanket structure. In this paper, the three-dimensional method for thermal-hydraulics/neutronics coupling analysis is developed and applied for the full-scale module of the helium-cooled ceramic breeder tritium breeding blanket (HCCB TBB) designed for China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). The explicit coupling scheme is used to support data transfer for coupling analysis based on cell-to-cell mapping method. The coupling algorithm is realized by the user-defined function compiled in Fluent. The three-dimensional model is established, and then the coupling analysis is performed using the paralleled Coupling Analysis of Thermal-hydraulics and Neutronics Interface Code (CATNIC). The results reveal the relatively small influence of the coupling analysis compared to the traditional method using the radial fitting function of internal heat source. However, the coupling analysis method is quite important considering the nonuniform distribution of the neutron wall loading (NWL) along the poloidal direction. Finally, the structure optimization of the blanket is carried out using the coupling method to satisfy the thermal requirement of all materials. The nonlinear effect between thermal-hydraulics and neutronics is found during the blanket structure optimization, and the tritium production performance is slightly reduced after optimization. Such an adverse effect should be thoroughly evaluated in the future work.
Conductive and radiative thermal model configurations of an imager of a geostationary satellite are presented. A two-plane method is introduced for three dimensional conductive coupling which is not able to be treated by thin shell plate thermal modeling technique. Especially the two-plane method is applied to massive matters and PIP(Payload Interface Plate) in the imager model. Some massive matters in the thermal model are modified by adequate correction factors or equivalent thickness in order to obtain the numerical results of thermal modeling to be consistent with the analytic model. More detailed nodal breakdown is specially employed to the object which has the rapid temperature gradient expected by a rule of thumb. This detailed thermal model of the imager is supposed to be used for detailed analyses and test predictions, and be correlated with the thermal vacuum test results before final in-flight predictions.
A thermal-mechanical coupling finite element model of the steel-plate concrete composite (SC) wall is established, taking into account the strain rate effect and variation in mechanical and thermal properties under different temperatures. Verifications of the model against previous fire test and impact test results are carried out. The impact response of the SC wall under elevated temperatures is further investigated. The influences of the fire exposure time on the impact force and displacement histories are discussed. The results show that as the fire exposure time increases, the deflection increases and the impact resistance decreases. A formula is proposed to calculate the reduction of the allowable impact energy considering the fire exposure time.
This paper investigates the effect of dual-phase-lags on a thermoviscoelastic orthotropic solid with a cylindrical cavity. The cylindrical cavity is subjected to a thermal shock varying heat and its material is taken to be of Kelvin-Voigt type. The phase-lag thermoelastic model, Lord and Shulman's model and the coupled thermoelasticity model are employed to study the thermomechanical coupling, thermal and mechanical relaxation (viscous) effects. Numerical solutions for temperature, displacement and thermal stresses are obtained by using the method of Laplace transforms. Numerical results are plotted to illustrate the effect phase-lags, viscoelasticity, and the variability thermal conductivity parameter on the studied fields. The variations of all field quantities in the context of dual-phase-lags and coupled thermoelasticity models follow similar trends while the Lord and Shulman's model may be different. The influence of viscosity parameter and variability of thermal conductivity is very pronounced on temperature and thermal stresses of the thermoviscoelastic solids.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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