Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.4
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pp.648-656
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2004
In this study, a highly efficient shell-and-tube heat exchanger with plate fins is considered to improve thermal performance of the conventional shell-and-tube heat exchanger. This type of shell-and-tube heat exchanger with plate fins of various shape is simulated three-dimensionally using a commercial thermal-fluid analysis code. CFX4.4. The effect of the shape of the plate fin on heat transfer characteristics is also investigated by the simulation. Plate fins of four different shapes. plane, plane-slit. wave. and wave-slit fins, are considered. The flow fields, pressure drop and heat transfer characteristics in the heat exchanger are calculated. It is proved that the shell-and-tube heat exchanger with plate fins is superior to the conventional shell-and-tube heat exchanger without plate fins in terms of heat transfer. The shape of the plate fin is important in the performance of a heat exchanger such as heat transfer and pressure drop.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.7
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pp.983-990
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2002
A numerical analysis has been carried out on forced convection heat transfer in the developing region of a porous channel. The channel is filled with an isotropic porous medium. At the channel walls, a uniform heat flux is given. Comprehensive numerical solutions are acquired to the Brinkman-Forchheimer extended Darcy equation and the LTNE model which does not employ the assumption of local thermal equilibrium between solid and fluid phases. Details of thermal fields in the developing region are examined over wide ranges of the thermal parameters. The numerical solutions at the fully developed region are compared with the previous analytical solutions. The correlation for predicting local Nusselt number in a porous channel is proposed.
The internal leaks of RCS pressure boundary valves may cause thermal fatigue crack because of the TASCS in RCS branch line. After experienced unisolable piping failures in several PWR plants, many studies have peformed to understand these phenomena and various methods were applied to ensure the structural integrity of piping. In this paper, the cause of unisolable piping failures and the alternatives to prevent recurrence of failure were reviewed. Also, the severity of piping failure including susceptibility of valve leaks was evaluated for the Westinghouse 2-loop plant. The length of turbulent penetration on RHR inlet piping was measured and, thermal fluid analysis and fatigue analysis was performed for this piping. As a means of ensuring the structural integrity, temperature monitoring and specialized UT and other alternatives were compared for the further application.
Performance analysis is conducted on an axial-type turbine which is used for fire extinction by injecting water or steam into the turbine. Loss models developed by Hacker and Okapuu are applied for predicting the performance of turbine. Pressure loss generated through a turbine is converted to the thermal efficiency, and thermal and gas properties are calculated within a turbine passage. Total-to-total efficiency, total-to-static efficiency, static temperature at the exit of turbine, output power, flow coefficient, blade loading coefficient, and expansion ratio are predicted with changing the amount of injected steam and the rotational speed. The 74 kW class gas turbine developed at KIMM is chosen for performance analysis. The 74 kW class turbine consists of 1 stage like a current developing gas turbine for fire extinction. Water or steam is injected at the end of combustor, and results show that efficiency and output power are dependent on the temperature of injected water or steam and the static temperature at the exit is decreased.
Marine reactor systems experience platform movement, and therefore, the system thermal-hydraulic analysis code needs to reflect the motion effect on the fluid to evaluate reactor safety. A moving reactor model for MARS-KS was developed to simulate the hydrodynamic phenomena in the reactor under motion conditions; however, its applicability does not cover the MULTID component used in multidimensional flow analyses. In this study, a moving reactor model is implemented for the MULTID component to address the importance of multidimensional flow effects under dynamic motion. The concept of the volume connection is generalized to facilitate the handling of the junction of MULTID. Further, the accuracy in calculating the pressure head between volumes is enhanced to precisely evaluate the additional body force. Finally, the Coriolis force is modeled in the momentum equations in an acceleration form. The improvements are verified with conceptual problems; the modified model shows good agreement with the analytical solutions and the computational fluid dynamic (CFD) simulation results. Moreover, a simplified gravity-driven injection is simulated, and the model is validated against a ship flooding experiment. Throughout the verifications and validations, the model showed that the modification was well implemented to determine the capability of multidimensional flow analysis under ocean conditions.
Natural convection in agricultural-products storage system was analysed theoretically, The storage system was modelled by Internally heated fluid saturated porous layer. Darcy's law was used to explain characteristics of fluid motion. Stability equations were obtained under the linear stability theory and transfer characteristics were modelled by the shape assumption. Based on the modelling of transfer characteristics, heat trasnfer correlations were derived theoretically.
Unlike land-based nuclear power plants, a marine or floating reactor is affected by external forces due to ocean conditions. These external forces can cause additional accelerations and affect each system and equipment of the marine reactor. Therefore, in designing a marine reactor and evaluating its performance and stability, a thermal hydraulic safety analysis code is necessary to consider the thermal hydrodynamic effects of ship motion. MARS, which is a reactor system analysis code, includes a dynamic motion model that can simulate the thermal-hydraulic phenomena under three-dimensional motion by calculating the body force term included in the momentum equation. In this study, it was verified that the dynamic motion model can simulate fluid motion with reasonable accuracy using conceptual problems. In addition, two modifications were made to the dynamic motion model; first, a user-supplied table to simulate a realistic ship motion was implemented, and second, the flow regime map determination algorithm was improved by calculating the volume inclination information at every time step if the dynamic motion model was activated. With these modifications, MARS could simulate the thermal-hydraulic phenomena under ocean motion more realistically.
Shitsi, Edward;Debrah, Seth Kofi;Chabi, Silas;Arthur, Emmanuel Maurice;Baidoo, Isaac Kwasi
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.842-848
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2022
Parametric studies of heat transfer and fluid flow are very important research of interest because the design and operation of fluid flow and heat transfer systems are guided by these parametric studies. The safety of the system operation and system optimization can be determined by decreasing or increasing particular fluid flow and heat transfer parameter while keeping other parameters constant. The parameters that can be varied in order to determine safe and optimized system include system pressure, mass flow rate, heat flux and coolant inlet temperature among other parameters. The fluid flow and heat transfer systems can also be enhanced by the presence of or without the presence of particular effects including gravity effect among others. The advanced Generation IV reactors to be deployed for large electricity production, have proven to be more thermally efficient (approximately 45% thermal efficiency) than the current light water reactors with a thermal efficiency of approximately 33 ℃. SCWR is one of the Generation IV reactors intended for electricity generation. High Performance Light Water Reactor (HPLWR) is a SCWR type which is under consideration in this study. One-eighth of a proposed fuel assembly design for HPLWR consisting of 7 fuel/rod bundles with 9 coolant sub-channels was the geometry considered in this study to examine the effects of system pressure and mass flow rate on wall and fluid temperatures. Gravity effect on wall and fluid temperatures were also examined on this one-eighth fuel assembly geometry. Computational Fluid Dynamics (CFD) code, STAR-CCM+, was used to obtain the results of the numerical simulations. Based on the parametric analysis carried out, sub-channel 4 performed better in terms of heat transfer because temperatures predicted in sub-channel 9 (corner subchannel) were higher than the ones obtained in sub-channel 4 (central sub-channel). The influence of system mass flow rate, pressure and gravity seem similar in both sub-channels 4 and 9 with temperature distributions higher in sub-channel 9 than in sub-channel 4. In most of the cases considered, temperature distributions (for both fluid and wall) obtained at 25 MPa are higher than those obtained at 23 MPa, temperature distributions obtained at 601.2 kg/h are higher than those obtained at 561.2 kg/h, and temperature distributions obtained without gravity effect are higher than those obtained with gravity effect. The results show that effects of system pressure, mass flowrate and gravity on fluid flow and heat transfer are significant and therefore parametric studies need to be performed to determine safe and optimum operating conditions of fluid flow and heat transfer systems.
Raju, R. Srinivasa;Reddy, G. Jithender;Rao, J. Anand;Rashidi, M.M.
Journal of Computational Design and Engineering
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v.3
no.4
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pp.349-362
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2016
The numerical solutions of unsteady hydromagnetic natural convection Couette flow of a viscous, incompressible and electrically conducting fluid between the two vertical parallel plates in the presence of thermal radiation, thermal diffusion and diffusion thermo are obtained here. The fundamental dimensionless governing coupled linear partial differential equations for impulsive movement and uniformly accelerated movement of the plate were solved by an efficient Finite Element Method. Computations were performed for a wide range of the governing flow parameters, viz., Thermal diffusion (Soret) and Diffusion thermo (Dufour) parameters, Magnetic field parameter, Prandtl number, Thermal radiation and Schmidt number. The effects of these flow parameters on the velocity (u), temperature (${\theta}$) and Concentration (${\phi}$) are shown graphically. Also the effects of these pertinent parameters on the skin-friction, the rate of heat and mass transfer are obtained and discussed numerically through tabular forms. These are in good agreement with earlier reported studies. Analysis indicates that the fluid velocity is an increasing function of Grashof numbers for heat and mass transfer, Soret and Dufour numbers whereas the Magnetic parameter, Thermal radiation parameter, Prandtl number and Schmidt number lead to reduction of the velocity profiles. Also, it is noticed that the rate of heat transfer coefficient and temperature profiles increase with decrease in the thermal radiation parameter and Prandtl number, whereas the reverse effect is observed with increase of Dufour number. Further, the concentration profiles increase with increase in the Soret number whereas reverse effect is seen by increasing the values of the Schmidt number.
In this paper, the unsteady 2-dimensional turbulent flow model for thermal stratification in a pressurizer surge line of PWR plant is proposed to numerically investigate the heat transfer and flow characteristics. The turbulence model is adapted to the low Reynolds number K-$\varepsilon$ model (Davidson model). The dimensionless governing equations are solved by using the SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations) algorithm. The results are compared with simulated experimental results of TEMR Test. The time-dependent temperature profiles in the fluid and pipe nil are shown with the thermal stratification occurring in the horizontal section of the pipe. The corresponding thermal stresses are also presented. The numerical result for thermal stratification by the outsurge during heatup operation of PWR shows that the maximum dimensionless temperature difference is about 0.83 between hot and cold sections of pipe well and the maximum thermal stress is calculated about 322MPa at the dimensionless time 28.5 under given conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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