The study reported in this paper deals with the development for parametric investigation of the influence of the rheological properties of the lubricant in the thermohydrodynamic (THD) film conditions which occur in slider and journal bearings. A parametric investigation based on a Bingham model with a shear yield stress which best fit the experimental pressure is performed for predicting the thickness of the shear Bone in lubricating films with fixed geometry between the stationary and moving surfaces. The results suggest that the shear yield stress for the lubricating film is proportional to the pressure developed in the film within the range of the investigated cases and the shear zone thickness which is of the same order of magnitude as that obtained by the empirical formula is significantly smaller than the fluid film thickness in the lubrication zone.
Turbulence in journal bearing operation is examined and the thermal variability is studied for isothermal, convective and adiabatic conditions on the walls within some degree of journal misalignment. An efficient algorithm for the solution of the coupled turbulent Reynolds and energy equations is used to examine the effects of the various factors. The calculation data of turbulent analysis are compared with those of laminar analysis. Heat convection is found to play but a small role in determining friction and load. The friction distribution patterns through the journal bearing are now different with high values at the upstream region of the bearing due to the high speed and low temperature, and a sudden decrease past the pressure maximum.
Turbocharger bearings are under the circumstance of high temperature, moreover rotated at high speed. It is necessary to be designed overcoming the high temperature. So the type of oil inlet port, the inlet oil temperature and the sort of engine oil should be designed, controlled and selected carefully in order to reduce the bearing inside temperature. In this study, the influence of aerated oil on a high-speed journal bearing is also examined by using the classical thermohydrodynamic lubrication theory coupled with analytical models for viscosity and density of air-oil mixture in fluid-film bearing. Convection to the walls and mixing with supply oil and re-circulating oil are considered. The considered parameters for the study of bubbly lubrication are oil inlet port's type, oil aeration level and shaft speed. It is found that the type of oil inlet ports and shaft speed play important roles in determining the temperature and pressure, then the friction and load of journal bearing at high speed operation. Also, the results show that, under extremely high shaft speed, the high shear effects on aerated oil and the high temperature effects are canceled out each other. So, the bearing load and friction show almost no difference between the aerated oil and pure oil.
Turbocharger bearings are under the circumstance of high temperature, moreover rotated at high speed. It is necessary to be designed overcoming the high temperature. So the type of oil inlet port, the inlet oil temperature and the sort of engine oil should be designed, controlled and selected carefully in order to reduce the bearing inside temperature. In this study, the influence of aerated oil on a high-speed journal bearing is also examined by using the classical thermohydrodynamic lubrication theory coupled with analytical models for viscosity and density of air-oil mixture in fluid-film bearing. Convection to the walls and mixing with supply oil and re-circulating oil are considered. The considered parameters for the study of bubbly lubrication are oil inlet port's type, oil aeration level and shaft speed. It is found that the type of oil inlet ports and shaft speed play important roles in determining the temperature and pressure distribution, then the friction in a journal bearing at high speed operation. Also, the results show that, under extremely high shaft speed, the high shear effects on aerated oil and the high temperature effects are canceled out each other. So, the bearing load and friction show almost no difference between the aerated oil and pure oil.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.10a
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pp.713-718
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1997
In the TMI-2 accident, approximately twenty(20) tons of molten core material drained into the lower plenum. Early advanced light water reactor (LWR) designs assumed a lower head failure and incorporated various measures for ex-vessel accident mitigation. However, one of the major findings from the TMI-2 Vessel Investigation Project was that one part of the reactor lower head wall estimated to have attained a temperature of 1100$^{\circ}C$ for about 30 minutes has seemingly experienced a comparatively rapid cooldown with no major threat to the vessel integrity. In this regard, recent empirical and analytical studies have shifted interests to such in-vessel retention designs or strategies as reactor cavity flooding, in-vessel flooding and engineered gap cooling of the vessel Accurate thermohydrodynamic and creep deformation modeling and rupture prediction are the key to the success in developing practically useful in-vessel accident/risk management strategies. As an advanced in-vessel design concept, this work presents the COrium Attack Syndrome Immunization Structures (COASIS) that are being developed as prospective in-vessel retention devices for a next-generation LWR in concert with existing ex-vessel management measures. Both the engineered gap structures in-vessel (COASISI) and ex-vessel (COASISO) are demonstrated to maintain effective heat transfer geometry during molten core debris attack when applied to the Korean Standard Nuclear Power Plant(KSNPP) reactor. The likelihood of lower head creep rupture during a severe accident is found to be significantly suppressed by the COASIS options.
As microchips' degree of integration is getting higher, its cooling problem becomes important more than ever. One of the promising methods is using fractal microchannel heat sink by mimicking nature's Murray networks. However, most of the related works have been progressed only by numerical analysis. Perhaps such lack of direct experimental studies is due to the technical difficulty of the temperature and heat flux measurement in complex geometric channels. Here, we demonstrate the direct visualization of in situ temperature profile in a fractal microchannel heat sink. By using the temperature-sensitive fluorescent dye and a transparent Polydimethylsiloxane window, we can map temperature profiles in silicon-based fractal heat sinks with various fractal scale factors (a=1.5-3.5). Then, heat transfer rates and pressure drops under a fixed flow rate were estimated to optimize hydrodynamic and thermal characteristics. Through this experiment, we found out that the optimal factor is a=1.75, given that the differences in heat transfer among the devices are marginal when compared to the variances in pumping power. This work is expected to contribute to the development of high-performance, high-efficiency thermal management systems required in various industrial fields.
The paper presents extensive survey and review of experimental and analytical researches on fluid film bearings and squeeze film dampers (SFDs) for turbomachinery available in open literature (major archival international journals) published recently (2018 and 2019 only). Over 60 published research works are reviewed based on the research topics and objectives, the types of bearings, size of bearings, and main design parameters with a brief summary of experiments and/or predictions in each work. Some important findings and general observations about the experimental and/or predictive data are also presented. There are several major trends observed throughout the survey. A large portion of the papers focuses on bearing surface textures and effect of operating and assembly conditions on static and/or dynamic forced performances, as well as bearing surface roughness and wear patterns. Researches on geometry of orifices and recesses in hydrostatic (or hybrid) bearings, as well as bearing system stability predictions using thermohydrodynamic analysis and computational fluid dynamics (CFD), are considered as significant topics. Studies on SFDs mainly focus on experimental identification of force coefficients for various SFD geometries and sealing conditions. Reliable experiments of fluid film bearings and SFDs along with the development of experimentally benchmarked predictive tools enable reinforcement of the path for reliable implementations of the bearing components into high performance rotating machinery operating at extreme and harsh conditions. The extensive list of sources of recent experiments in the available open literature is a welcome addition to the analytical community to gauge the accuracy of predictive tools.
This paper presents the thermohydrodynamic analysis of tilting journal pad bearings supporting a power turbine rotor applied to a 250 kW super-critical $CO_2$ cycle. In the analysis, the generalized Reynolds equation and 3D energy equation are solved to predict oil film temperature and the 3D heat conduction equation is solved for pad temperature. The power turbine rotor is supported by two tilting pad bearings consisting of five pads with an oil supply block between the pads. Copper backing pads with higher thermal conductivity compared to steel backing pads are adopted to improve thermal management. The predicted maximum pad temperature is around $55^{\circ}C$ which is approximately $15^{\circ}C$ higher than oil supply temperature. In addition, the predicted minimum film thickness is 50 mm at a rotating speed of 5,000 rpm. These results indicate that there is no issue in the thermal behavior of the bearing. An operation test is performed with a power turbine module consisting of a power turbine, a reduction gear and a generator. Thermocouples are installed at the 75% position from the leading edge of the pad to monitor pad temperature. The power turbine uses compressed air at a temperature of $250^{\circ}C$ in its operation. The steady state pad temperatures measured in the test show good agreement with the predicted temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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