• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.556-560
• /
• 2009

개별 대수층에 냉수와 온수를 저장하여 수자원과 냉난방 열원으로 활용하는 방안에 대한 평가를 지열-지하수 부정류 모델링을 통해 수행하였다. 저장 및 회수 가동 시간이 증가함에 따라서 각각의 대수층 내에 온열과 냉열이 축열되는 현상이 확인되었으며, 지하수 유동에 의해 축열된 수체가 지하수 흐름방향으로 이동하는 현상을 확인 하여 지하수 유동이 축열 정도를 결정하는 요인이 될 수 있음을 확인하였다. 설정된 모델에 대하여, 두 개의 개별 대수층 사이의 열 간섭은 거의 없는 것으로 나타났다. 주입과 양수의 가동 횟수가 증가되면, 대수층 축열 효과는 증대되는 것으로 나타났다. 열-지하수 모델링을 통한 온도 예측은 실제 냉난방의 효율성을 결정짓는 수온을 정량적으로 계산할 수 있는 유용한 기술로 평가됨과 더불어, 수자원의 지하 저장을 통해 효율적으로 물을 확보하고 관리할 수 있는 방안이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.572-575
• /
• 2009

지층 내에 발달한 고투수성 단층은 유체, 에너지, 그리고 용질이 이동하는데 있어서 중요한 역할을 하는 지질구조이다. 따라서 고투수성 단층 주변부에서는 온천, 지열 이상대, 그리고 금속 광상 등이 형성될 가능성이 크다. 이 연구에서는 열-수리적 거동 모델링을 통하여 단층에 의한 온천 또는 지열 이상대의 형성 원인을 확인하였다. 단층의 구조에 따른 지하수 유동과 이에 따른 지층 내 열적 상태를 확인하기 위해서 단층 구조가 다른 3가지의 경우에 대해서 2차원 열-수리적 거동 정류 모델링을 수행하였다. 모델링 결과 단층 구조가 다른 3가지의 모든 경우에서 단층의 투수율이 커지면 단층대에서의 용출 온도가 초기 온도 보다 높아지는 경향을 확인 할 수 있고, 경우에 따라서 모암의 투수율 역시 용출온도에 영향을 미치는 것을 확인 하였다. 따라서 심부지열 개발을 위한 연구지역에 대해 보다 정확한 예측 모델링을 수행하기 위해서는 단층의 구조, 단층과 모암의 투수율, 그리고 수리지질학적 정보 등이 매우 중요하다고 할 수 있다.

• Advances in nano research
• /
• 제9권3호
• /
• pp.133-145
• /
• 2020

In this study, nonlinear vibrations and dynamic instabilities of a smart embedded micro shell conveying varied fluid flow and subjected to the combined electro-thermo-mechanical loadings are investigated. With the aim of designing new hydraulic sensors and actuators, the piezoelectric materials are employed for the body and the effects of applying electric field on the stability of the system as well as the induced voltage due to the dynamic behavior of the system are studied. The nonlocal piezoelasticity theory and the nonlinear cylindrical shell model in conjunction with the energy approach are utilized to mathematically modeling of the structure. The fluid flow is assumed to be isentropic, incompressible and fully develop, and for more generality of the problem both steady and time dependent flow regimes are considered. The mathematical modeling of fluid flow is also carried out based on a scalar potential function, time mean Navier-Stokes equations and the theory of slip boundary condition. Employing the modified Lagrange equations for open systems, the nonlinear coupled governing equations of motion are achieved and solved via the state space problem; forth order numerical integration and Bolotin's method. In the numerical results, a comprehensive discussion is made on the dynamical instabilities of the system (such as divergence, flutter and parametric resonance). We found that applying positive electric potential field will improve the stability of the system as an actuator or vibration amplitude controller in the micro electro mechanical systems.

• 자원환경지질
• /
• 제42권6호
• /
• pp.609-618
• /
• 2009

지층 내에 발달한 고투수성 단층은 유체, 에너지, 그리고 용질이 이동하는데 있어서 중요한 역할을 하는 지질구조이다. 따라서 고투수성 단층 주변부에서는 지열수(혹은 온천), 지열 이상대, 그리고 금속 광상 등이 형성될 가능성이 크다. 단층의 구조에 따른 지하수 유동과 이에 따른 지층 내의 열적 상태를 확인하기 위해서 단층 구조가 다른 세 가지의 경우에 대해서 이차원 열-수리적 거동 모델링을 수행하였다. 모델링 결과로부터 세 가지 모든 단층 구조의 경우에서 단층의 투수율이 커지면 단층대에서의 지하수 용출 온도가 초기 온도 보다 높아지는 경향을 확인 할 수 있다. Peclet number 와 단층대에서의 용출온도의 상관관계 분석으로부터 상관계수($R^2$)가 0.98로 상당히 높은 것을 확인하였다. Peclet number가 1이상 일 때 단층대에서는 약 $32^{\circ}C$ 이상의 온도가 용출되며 이러한 경우에 단층대에서의 열흐름은 매질을 통한 전도 보다는 지하수에 의한 대류의 영향이 큰 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제30권5호
• /
• pp.446-461
• /
• 2020

MX80 벤토나이트 펠렛에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 파악하고자 TOUGH2-FLAC3D 시뮬레이터를 이용하여 스페인 CIEMAT에서 수행된 컬럼 시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석에서는 실험실에서 사용된 것과 동일한 히터 파워와 물 주입압을 경계조건으로 설정하고 해석을 수행하였다. 사용된 열-수리 모델이 벤토나이트 펠렛의 복합거동 예측에 적용하기 적합한지 판단하기 위해 가열과 물 주입에 의한 벤토나이트 펠렛에서의 온도와 상대습도 변화를 시간 경과에 따라 잘 예측할 수 있는 지를 살펴보았다. 계산된 결과가 계측된 온도와 상대습도 변화 경향을 적절하게 재현 할 수 있었기 때문에 사용된 열-수리 모델은 벤토나이트 펠렛의 열-수리 복합거동을 예측하고 재현하기에 적절한 것으로 판단된다. 하지만, 물 주입 이후의 계산된 응력변화가 상대적으로 작고 느리게 변화되는 것으로 보아 사용된 탄성모델과 스웰링 모델에 한계점이 존재하는 것으로 보이며, 사용된 두 역학 모델로 완충재의 복잡한 열-수리-역학적 복합거동을 현실적으로 재현하기에 부족한 것으로 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제16권4호
• /
• pp.363-373
• /
• 2018

The evaluation of Thermo-Hydro-Mechanical (THM) coupling behavior is important for the development of underground space for various purposes. For a high-level radioactive waste repository excavated in a deep underground rock mass, the accurate prediction of the complex THM behavior is essential for the long-term safety and stability assessment. In order to develop reliable THM analysis techniques effectively, an international cooperation project, Development of Coupled models and their Validation against Experiments (DECOVALEX), was carried out. In DECOVALEX-2015 Task B2, the in situ THM experiment that was conducted at Horonobe Underground Research Laboratory(URL) by Japan Atomic Energy Agency (JAEA), was modeled by the research teams from the participating countries. In this study, a THM coupling technique that combined TOUGH2 and FLAC3D was developed and applied to the THM analysis for the in situ experiment, in which rock, buffer, backfill, sand, and heater were installed. With the assistance of an artificial neural network, the boundary conditions for the experiment could be adequately implemented in the modeling. The thermal, hydraulic, and mechanical results from the modeling were compared with the measurements from the in situ THM experiment. The predicted buffer temperature from the THM modelling was about $10^{\circ}C$ higher than measurement near by the overpack. At the other locations far from the overpack, modelling predicted slightly lower temperature than measurement. Even though the magnitude of pressure from the modeling was different from the measurements, the general trends of the variation with time were found to be similar.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제29권8호
• /
• pp.938-945
• /
• 2005

The microstructure evolution in hot forging process is composed of dynamic recrystallization during deformation as well as grain growth during dwell time. Therefore, the control of forging parameters such as strain, strain rate. temperature and holding time is important because the microstructure change in hot working affects the mechanical properties. Modeling equations are developed to represent the flow curve. grain size. recrystallized volume fraction and grain growth phenomena by various tests. The developed modeling equations were combined with thermo-viscoplastic finite element modeling to predict the microstructure change evolution during hot forging process. The large exhaust valve spindle (head diameter of 512mm) was simulated by closed die forging with hydraulic press and cooled in air after forging. The preform was heated to each 1080 and 1150$^{\circ}C$. Numerical calculation was performed by DEFORM-2D. a commercial finite element code. Heat transfer can be coupled with the deformation analysis in a non-isothermal deformation analysis. In order to obtain the fine and homogeneous microstructure and good mechanical properties in forging. the FEM would become a useful tool in the simulation of the microstructure development. In forging, appropriate temperature, strain and strain rate and rapid cooling are required to obtain the fine grain microstructure The optimal forging temperature and effective strain range of Nimonic 80A for large exhaust valve spindle are about 1080$\∼$l120$^{\circ}C$ and 150$\∼$200$\%$.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제42권6호
• /
• pp.656-661
• /
• 2010

Lead-alloys are very attractive nuclear coolants due to their thermo-hydraulic, chemical, and neutronic properties. By utilizing the HELIOS (Heavy Eutectic liquid metal Loop for Integral test of Operability and Safety of PEACER$^2$) facility, a thermal hydraulic benchmarking study has been conducted for the prediction of pressure loss in lead-alloy cooled advanced nuclear energy systems (LACANES). The loop has several complex components that cannot be readily characterized with available pressure loss correlations. Among these components is the core, composed of a vessel, a barrel, heaters separated by complex spacers, and the plenum. Due to the complex shape of the core, its pressure loss is comparable to that of the rest of the loop. Detailed CFD simulations employing different CFD codes are used to determine the pressure loss, and it is found that the spacers contribute to nearly 90 percent of the total pressure loss. In the system codes, spacers are usually accounted for; however, due to the lack of correlations for the exact spacer geometry, the accuracy of models relies strongly on assumptions used for modeling spacers. CFD can be used to determine an appropriate correlation. However, application of CFD also requires careful choice of turbulence models and numerical meshes, which are selected based on extensive experience with liquid metal flow simulations for the KALLA lab. In this paper consistent results of CFX and Star-CD are obtained and compared to measured data. Measured data of the pressure loss of the core are obtained with a differential pressure transducer located between the core inlet and outlet at a flow rate of 13.57kg/s.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제45권5호
• /
• pp.613-624
• /
• 2013

Multi-dimensional two-phase phenomena occur in many industrial applications, particularly in a nuclear reactor during steady operation or a transient period. Appropriate modeling of complicated behavior induced by a multi-dimensional flow is important for the reactor safety analysis results. SPACE, a safety analysis code for thermal hydraulic systems which is currently being developed, was designed to have the capacity of multi-dimensional two-phase thermo-dynamic phenomena induced in the various phases of a nuclear system. To validate the performance of SPACE, a two-dimensional two-phase flow test was performed with slab geometry of the test section having a scale of $1.43m{\times}1.43m{\times}0.11m$. The test section has three inlet and three outlet nozzles on the bottom and top gap walls, respectively, and two outlet nozzles installed directly on the surface of the slab. Various kinds of two-dimensional air/water flows were simulated by selecting combinations of the inlet and outlet nozzles. In this study, two-dimensional two-phase void fraction profiles were quantified by measuring the local gap impedance at 225 points. The flow conditions cover various flow regimes by controlling the flow rate at the inlet boundary. For each selected inlet and outlet nozzle combination, the water flow rate ranged from 2 to 20 kg/s, and the air flow rate ranged from 2.0 to 20 g/s, which corresponds to 0.4 to 4 m/s and 0.2 to 2.3 m/s of the superficial liquid and gas velocities based on the inlet port area, respectively.

• 터널과지하공간
• /
• 제30권4호
• /
• pp.359-381
• /
• 2020

벤토나이트 완충재에서의 열-수리-역학적 복합거동을 예측하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D 시뮬레이터를 기반으로 개발된 Barcelona basic 모델(BBM) 해석모듈의 현장 적용성을 검토하고자 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task D에 참여하여 스위스 Grimsel Test Site의 현장시험(full-scale engineered barriers experiment, FEBEX) 모델링을 수행하고 현장시험에서 계측된 히터 파워, 온도, 상대습도, 응력, 포화도, 함수율 그리고 건조밀도를 계산 값과 비교하였다. 수치해석을 이용하여 시간에 따른 히터 파워와 온도 변화는 전반적으로 잘 재현되었지만, 히터 1과 히터 2에서의 파워 차이를 계산할 수는 없었으며 이를 개선하기 위해서는 FEBEX 터널 주변에 분포하는 황반암과 시험장치 및 벤토나이트 블록의 설치 공정을 반영할 필요가 있을 것으로 판단된다. 상대습도 변화와 분포 역시 전반적으로 잘 모사되었으나, 수치해석에서 히터 부근에서의 재포화과정이 상대적으로 빠르게 진행된 것으로 보아 수리모델에 대한 일부 수정이 필요할 것으로 보인다. 현장시험에서는 벤토나이트 완충재와 암반 사이에 틈이 존재하지만 수치해석에서는 완벽하게 접촉하고 있는 것으로 가정하였기 때문에 운영 초기의 응력 변화는 다소 차이를 보였지만, 전반적으로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 해체 이후 측정한 포화도, 함수율, 그리고 건조밀도의 분포 역시 전반적으로 잘 재현되었지만, 건조밀도가 터널 중심과 히터부근에서 조금 크게 계산되어 벤토나이트 블록의 투수계수가 상대적으로 작은 값으로 반영되어 포화도와 함수율이 작게 계산된 것으로 보이며, 이를 개선하기 위해서는 건조밀도에 따른 투수계수 모델에 일부 수정이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 토대로 수치모델을 수정하고 추가적인 연구를 수행한다면, 보다 나은 해석 결과와 벤토나이트 완충재에서의 THM 복합거동을 좀 더 현실적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.