Alameri, Saeed A.;King, Jeffrey C.;Alkaabi, Ahmed K.;Addad, Yacine
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.2
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pp.248-257
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2020
This study presents an initial design for a novel system consisting in a coupled nuclear reactor and a phase change material-based thermal energy storage (TES) component, which acts as a buffer and regulator of heat transfer between the primary and secondary loops. The goal of this concept is to enhance the capacity factor of nuclear power plants (NPPs) in the case of high integration of renewable energy sources into the electric grid. Hence, this system could support in elevating the economics of NPPs in current competitive markets, especially with subsidized solar and wind energy sources, and relatively low oil and gas prices. Furthermore, utilizing a prismatic-core advanced high temperature reactor (PAHTR) cooled by a molten salt with a high melting point, have the potential in increasing the system efficiency due to its high operating temperature, and providing the baseline requirements for coupling other process heat applications. The present research studies the neutronics and thermal hydraulics (TH) of the PAHTR as well as TH calculations for the TES which consists of 300 blocks with a total heat storage capacity of 150 MWd. SERPENT Monte Carlo and MCNP5 codes carried out the neutronics analysis of the PAHTR which is sized to have a 5-year refueling cycle and rated power of 300 MWth. The PAHTR has 10 metric tons of heavy metal with 19.75 wt% enriched UO2 TRISO fuel, a hot clean excess reactivity and shutdown margin of $33.70 and -$115.68; respectively, negative temperature feedback coefficients, and an axial flux peaking factor of 1.68. Star-CCM + code predicted the correct convective heat transfer coefficient variations for both the reactor and the storage. TH analysis results show that the flow in the primary loop (in the reactor and TES) remains in the developing mixed convection regime while it reaches a fully developed flow in the secondary loop.
Structural model of laminated composite plate based on the first order shear deformation theory and subjected to a combination of piezoelectric, electromagnetic and thermal fields is established. Coupled equations of motion are derived via Hamilton's principle on the basis of electromagnetic and piezoelectric equations which are involved in constitutive equations. Proportional control and velocity feedback control logics are applied via boundary control moments and forces. Variations of dynamic chasracteristics of composite plate with collocated piezoelectric sensor and actuators, electromagnetic field and temperature gradient are investigated and it reveals that dynamic characteristics of structure can be effectively controlled by utilizing the piezoelectric effect and ply angles of fiber reinforced composites.
As a type of accident-tolerant fuel, fully ceramic microencapsulated (FCM) fuel was proposed after the Fukushima accident in Japan. The FCM fuel consists of tristructural isotropic particles randomly dispersed in a silicon carbide (SiC) matrix. For a fuel element with such high heterogeneity, we have proposed a two-temperature homogenized model using the particle transport Monte Carlo method for the heat conduction problem. This model distinguishes between fuel-kernel and SiC matrix temperatures. Moreover, the obtained temperature profiles are more realistic than those of other models. In Part I of the paper, homogenized parameters for the FCM fuel in which tristructural isotropic particles are randomly dispersed in the fine lattice stochastic structure are obtained by (1) matching steady-state analytic solutions of the model with the results of particle transport Monte Carlo method for heat conduction problems, and (2) preserving total enthalpies in fuel kernels and SiC matrix. The homogenized parameters have two desirable properties: (1) they are insensitive to boundary conditions such as coolant bulk temperatures and thickness of cladding, and (2) they are independent of operating power density. By performing the Monte Carlo calculations with the temperature-dependent thermal properties of the constituent materials of the FCM fuel, temperature-dependent homogenized parameters are obtained.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.4
no.4
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pp.403-411
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2001
A criterion for evaluation of burners has changed recently, and the environmental problems are raised as a global issue. Burners with higher thermal efficiency and lower oxygen in the exhaust gas, evaluated better. To comply with environmental regulations, burners must satisfy the $NO_x$ and CO regulation. Consequently. 'good burner' means one whose thermal efficiency is high under the constraint of $NO_x$ and CO consistency. To make existing burner satisfy recent criterion, it is highly recommended to develop a feedback control scheme whose output is the consistency of $NO_x$ and CO. This paper describes the development of a real time flame diagnosis technique that evaluate and diagnose the combustion states, such as consistency of components in exhaust gas, stability of flame in the quantitative sense. In this paper, it was proposed on the flame diagnosis technique of burner using Neuro- Fuzzy algorithm. This study focuses on the relation of the color of the flame and the state of combustion. Neuro- Fuzzy learning algorithm is used in obtaining the fuzzy membership function and rules. Using the constructed inference algorithm, the amount of $NO_x$ and CO of the combustion gas was successfully inferred.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.9
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pp.909-915
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2009
This work is to develop a vision system for high precision alignment between upper and lower plates required at the imprinting process of the large LCD flat panel. We compose a gantry-stage that has highly repeated accuracy for high precision alignment and achieves analysis about thermal transformations of stage itself. Position error in the stage is corrected by feedback control from the analysis. This system can confirm alignment mark of upper and lower plates by using two cameras at a time for the alignment of two plates. Pattern matching that uses geometric feature is proposed to consider the recognition problem for alignment mark of two plates. It is algorithm to correct central point and angle for the alignment from the recognized mark of upper and lower plates based on the special characteristics. At the alignment process, revision for error position is performed through Look and Move techniques.
In order to explore the cosmic ray acceleration at the cosmological shocks, we have performed numerical simulations of one-dimensional, plane-parallel, cosmic ray (CR) modified shocks with the newly developed CRASH (Cosmic Ray Amr SHock) numerical code. Based on the hypothesis that strong Alfven waves are self-generated by streaming CRs, the Bohm diffusion model for CRs is adopted. The code includes a plasma-physics-based 'injection' model that transfers a small proportion of the thermal proton flux through the shock into low energy CRs for acceleration there. We found that, for strong accretion shocks with Mach numbers greater than 10, CRs can absorb most of shock kinetic energy and the accretion shock speed is reduced up to $20\%$, compared to pure gas dynamic shocks. Although the amount of kinetic energy passed through accretion shocks is small, since they propagate into the low density intergalactic medium, they might possibly provide acceleration sites for ultra-high energy cosmic rays of $E\ll10^{18}eV$. For internal/merger shocks with Mach numbers less than 3, however, the energy transfer to CRs is only about $10-20\%$ and so nonlinear feedback due to the CR pressure is insignificant. Considering that intracluster medium (ICM) can be shocked repeatedly, however, the CRs generated by these weak shocks could be sufficient to explain the observed non-thermal signatures from clusters of galaxies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.587-595
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2002
Recent trend changes a criterion for evaluation of humors that environmental problems are raised as a global issue. Burners with higher thermal efficiency and lower oxygen in the exhaust gas, evaluated better. To comply with environmental regulations, burners must satisfy the NO/sub x/ and CO regulation. Consequently, 'good burner'means one whose thermal efficiency is high under the constraint of NO/sub x/ and CO consistency. To make existing burner satisfy recent criterion, it is highly recommended to develop a feedback control scheme whose output is the consistency of NO/sub x/ and CO. This paper describes the development of a real time flame diagnosis technique that evaluate and diagnose the combustion states, such as consistency of components in exhaust gas, stability of flame in the quantitative sense. In this paper, it was proposed on the flame diagnosis technique of burner using Neuro-Fuzzy algorithm. This study focuses on the relation of the color of the flame and the state of combustion. Neuro-Fuzzy loaming algorithm is used in obtaining the fuzzy membership function and rules. Using the constructed inference algorithm, the amount of NO/sub x/ and CO of the combustion gas was successfully inferred.
The implementation and validation of multi-dimensional (multi-D) features in thermal-hydraulic system codes aims to extend the application of these codes towards multi-scale simulations. The main goal is the simulation of large-scale three-dimensional effects inside large volumes such as piping or vessel. This novel approach becomes especially relevant during the simulation of accidents with strongly asymmetric flow conditions entailing density gradients. Under such conditions, coolant mixing is a key phenomenon on the eventual variation of the coolant temperature and/or boron concentration at the core inlet and on the extent of a local re-criticality based on the reactivity feedback effects. This approach presents several advantages compared to CFD calculations, mainly concerning the model size and computational efforts. However, the range of applicability and accuracy of the newly implemented physical models at this point is still limited and needs to be further extended. This paper aims at contributing to the validation of the multi-D features of the system code ATHLET based on the simulation of the Tests 1.1 and 2.1, conducted at the test facility ROCOM. Overall, the multi-D features of ATHLET predict reasonably well the evolution from both experiments, despite an observed overprediction of coolant mixing at the vessel during both experiments.
In this paper, a classical plate model is utilized to formulate the wave propagation problem of magnetostrictive sandwich nanoplates (MSNPs) while subjected to hygrothermal loading with respect to the scale effects. Herein, magnetostriction effect is considered and controlled on the basis of a feedback control system. The nanoplate is supposed to be embedded on a visco-Pasternak substrate. The kinematic relations are derived based on the Kirchhoff plate theory; also, combining these obtained equations with Hamilton's principle, the local equations of motion are achieved. According to a nonlocal strain gradient theory (NSGT), the small scale influences are covered precisely by introducing two scale coefficients. Afterwards, the nonlocal governing equations can be derived coupling the local equations with those of the NSGT. Applying an analytical solution, the wave frequency and phase velocity of propagated waves can be gathered solving an eigenvalue problem. On the other hand, accuracy and efficiency of presented model is verified by setting a comparison between the obtained results with those of previous published researches. Effects of different variants are plotted in some figures and the highlights are discussed in detail.
Vincent Dupont;Victor Blanc;Thierry Beck;Marc Lainet;Pierre Sciora
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.973-979
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2024
In the framework of the Generation IV research and development project, in which the French Commission of Alternative and Atomic Energies (CEA) is involved, a main objective for the design of Sodium-cooled Fast Reactor (SFR) is to meet the safety goals for severe accidents. Among the severe ones, the Unprotected Transient OverPower (UTOP) accidents can lead very quickly to a global melting of the core. UTOP accidents can be considered either as slow during a Control Rod Withdrawal (CRW) or as fast. The paper focuses on fast UTOP accidents, which occur in a few milliseconds, and three different scenarios are considered: rupture of the core support plate, uncontrolled passage of a gas bubble inside the core and core mechanical distortion such as a core flowering/compaction during an earthquake. Several levels and rates of reactivity insertions are also considered and the thermal-mechanical behavior of an ASTRID fuel pin from the ASTRID CFV core is simulated with the GERMINAL code. Two types of fuel pins are simulated, inner and outer core pins, and three different burn-up are considered. Moreover, the feedback from the CABRI programs on these type of transients is used in order to evaluate the failure mechanism in terms of kinetics of energy injection and fuel melting. The CABRI experiments complete the analysis made with GERMINAL calculations and have shown that three dominant mechanisms can be considered as responsible for pin failure or onset of pin degradation during ULOF/UTOP accident: molten cavity pressure loading, fuel-cladding mechanical interaction (FCMI) and fuel break-up. The study is one of the first step in fast UTOP accidents modelling with GERMINAL and it has shown that the code can already succeed in modelling these type of scenarios up to the sodium boiling point. The modeling of the radial propagation of the melting front, validated by comparison with CABRI tests, is already very efficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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