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.
In this paper, PZT piezoelectric ceramic specimens with 4 compositions (Zr/Ti=50/50, 53/47, 56/44, 58/42) in $Pb(Zr,Ti)O_3$ system were fabricated. We studied effects of poling strength and thermal aging on the temperature characteristics of eletromechanical coupling factor k31 of the specimens, which were poled with the DC electric fields, 1.5, 2.5 and 3.5 kV/mm respectively and thermally aged for an hour at $200^{\circ}C$. The eletromechanical coupling factor k31 of the specimen with the composition Zr/Ti= 53/47, nearest to the morphotropic phase boundary decreased the most greatly, irrelevant to the intensity of poling field, due to 1st thermal aging. And the temperature coefficient of eletromechanical coupling factor k31 was (-) in the tetragonal phase composition and (+) in the rhombohedral phase composition, which is reverse in the temperature coefficient of resonance frequency. It is interesting that eletromechanical coupling factor k31 of PZT ceramics is shown to be able to increase as temperature increase in the interval $-20{\sim}80^{\circ}C$.
A Multiphysics coupling framework, MPCORE, has been developed to analyze safety parameters using the best estimate codes. The framework contains neutron kinetics (NK), thermal hydraulics (TH), and fuel performance (FP) codes to analyze fuel burnup, radial power distribution, and coolant temperature (Tbc). Shuffling and rotation capabilities have been verified on the Watts Bar reactor for three cycles. This study focuses on two coupling approaches for TH and FP modules. The one-way coupling approach involves coupling the FP code with the NK code, providing no data to the TH modules but getting Tbc as boundary condition from TH module. The two-way coupling approach exchanges information from FP to TH modules, so that the simplified heat conduction solver of the TH module is not used. The power profile in both approaches does not differ significantly, but there is an impact on coolant and cladding parameters. The one-way coupling approach tends to over-predict the cladding hydrogen concentration (CHC). This research highlights the difference between one-way and two-way coupling on critical boron concentration, Tbc, CHC, oxide surface temperature, and pellet centerline temperature. Overall, MPCORE framework with two-way coupling provides a more accurate and reliable analysis of safety parameters for nuclear reactors.
As demand for high value-added products with hard materials increases, the line center is used for producing high value-added products in many industries such as aerospace, automobile fields. The line center is a key device for smart factory automation that can improve the production efficiency and the productivity. Therefore, the development of a mill-turn line center is necessary to produce high value-added products with complex shapes flexibly. In the mill-turn process, a milling process and a turning process are combined. In particular, the turning process needs to increase the rigidity of the spindle. The purpose of this study is to analyze the thermal-structural stability through thermo-structural coupled analysis for a mill-turn spindle with a curvic coupling. The maximum temperature and thermal stability of the spindle were analyzed by thermal distribution. In addition, the thermal deformation and thermal-structural stability of the spindle were analyzed through thermo-structural coupled analysis.
Real-time characterization of the rock thermal deformation and fracture process provides guidance for detecting and evaluating thermal stability of rocks. In this paper, time -frequency characteristics of acoustic emission (AE) and electromagnetic radiation (EMR) signals were studied by conducting experiments during rock continuous heating. The coupling correlation between AE and EMR during rock thermal deformation and failure was analyzed, and the microcosmic mechanism of AE and EMR was theoretically analyzed. During rock continuous heating process, rocks simultaneously produce significant AE and EMR signals. These AE and EMR signals are, however, not completely synchronized, with the AE signals showing obvious fluctuation and the EMR signals increasing gradually. The sliding friction between the cracks is the main mechanism of EMR during the rock thermal deformation and fracture, and the AE is produced while the thermal cracks expanding. Both the EMR and AE monitoring methods can be applied to evaluate the thermal stability of rock in underground mines, although the mechanisms by which these signals generated are different.
실리카로 보강된 천연고무 가황물에서 가황촉진제의 양이 열노화에 의한 가교밀도의 변화에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 또한 실란커플링제의 영향도 조사하였다. 가황촉진제로는 N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide(TBBS)를 실란 커플링제로는 bis-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-tetrasulfide(TESPT)를 사용하였다. 가황물을 열노화 시키면 가교밀도는 증가하였고 노화 온도가 높을수록 그 변화 정도는 컸다. 실란 커플링제가 포함되지 않은 가황물의 가교밀도 변화가 실란 커플링제를 포함한 것에 비해 더 크게 나타났다. 실란 커플링제가 포함되지 않은 가황물의 경우에는 가교밀도의 변화에 대한 활성화 에너지가 가황촉진제의 함량이 증가할수록 순차적으로 낮아지는 경향을 보였다.
Internal ring beams are primary components of new ring-stiffened cooling towers. In this study, numerical simulation of the internal flow field of a cooling tower with three ring beams under wind-thermal coupling effect is performed. The studied cooling tower is a 220-m super-large hyperbolic indirect natural draft cooling tower that is under construction in China and will be the World's highest cooling tower, the influence of peripheral radiators in operating cooling tower is also considered. Based on the simulation, the three-dimensional effect and distribution pattern of the wind loads on inner surface of the cooling tower is summarized, the average wind pressure distributions on the inner surface before and after the addition of the ring beams are analyzed, and the influence pattern of ring beams on the internal pressure coefficient value is derived. The action mechanisms behind the air flows inside the tower are compared. In addition, the effects of internal ring beams on temperature field characteristics, turbulence kinetic energy distribution, and wind resistance are analyzed. Finally, the internal pressure coefficients are suggested for ring-stiffened cooling towers under wind-thermal coupling effect. The study shows that the influence of internal stiffening ring beams on the internal pressure and flow of cooling towers should not be ignored, and the wind-thermal coupling effect should also be considered in the numerical simulation of cooling tower flow fields. The primary conclusions presented in this paper offer references for determining the internal suction of such ring-stiffened cooling towers.
The effects of silane coupling agents on the injection molding process were investigated using silicone nitride mixtrues with a binder system containing polypropylene as a major binder (55vol% solid loading). The formation of bonding between silicon nitride powder and coupling agents was confirmed through the analyses of powder surface. The use of coupling agents improved mixing characteristics judged by the torque change during mixing process. the coupling agents also reduced molten viscosity of the mixture considerably, which is a main factor to determine the flow of the mixture. However, the bonding between coupling agents and polymers had a negative effect on the debinding process by retarding the thermal decomposition.
In this paper, the coupling of fine-mesh computational fluid dynamics (CFD) thermal-hydraulics (TH) code and neutronics code is achieved using the Ansys Fluent User Defined Function (UDF) for code development, including parallel meshing mapping, data computation, and data transfer. Also, some CFD schemes are designed for mesh mapping and data transfer to guarantee physical conservation in the coupling computation. Because there is no rigorous research that gives robust guidance on the various CFD schemes that must be obtained before the fine-mesh coupling computation, this work presents a quantitative analysis of the CFD meshing and mapping schemes to improve the accuracy of the value and location of key physical prediction. Furthermore, the effect of the sub-pin scale coupling computation is also studied. It is observed that even the pin-resolved coupling computation can also create a large deviation in the maximum value and spatial locations, which also proves the significance of the research on mesh mapping and data transfer for CFD code in a coupling computation.
This paper introduces a novel scheme for determining the thermal diffusivity of solids using the photothermal mirage technique. The suggested scheme extends the thermal-wave coupling method, employing the solution to the heat conduction equation in close proximity to the pump beam. Therefore, determination of thermal diffusivity is possible by detecting the mirage signal with small separation between the probe and pump beams, with enhanced intensity of the mirage signal. Though the method requires information about the probe-beam height, the absolute transverse position of the probe beam need not be known as it is automatically evaluated by the iterative-computation procedure. The thermal diffusivity of Ni is measured by the proposed scheme and the result demonstrates good agreement with the literature value to within 5 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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