Soares, Alexandre K.;Covas, Didia I.C.;Ramos, Helena M.;Reis, Luisa Fernanda R.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권4호
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pp.269-277
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2009
The current paper focuses on the analysis of transient cavitating flow in pressurised polyethylene pipes, which are characterized by viscoelastic rheological behaviour. A hydraulic transient solver that describes fluid transients in plastic pipes has been developed. This solver incorporates the description of dynamic effects related to the energy dissipation (unsteady friction), the rheological mechanical behaviour of the viscoelastic pipe and the cavitating pipe flow. The Discrete Vapour Cavity Model (DVCM) and the Discrete Gas Cavity Model (DGCM) have been used to describe transient cavitating flow. Such models assume that discrete air cavities are formed in fixed sections of the pipeline and consider a constant wave speed in pipe reaches between these cavities. The cavity dimension (and pressure) is allowed to grow and collapse according to the mass conservation principle. An extensive experimental programme has been carried out in an experimental set-up composed of high-density polyethylene (HDPE) pipes, assembled at Instituto Superior T$\acute{e}$cnico of Lisbon, Portugal. The experimental facility is composed of a single pipeline with a total length of 203 m and inner diameter of 44 mm. The creep function of HDPE pipes was determined by using an inverse model based on transient pressure data collected during experimental runs without cavitating flow. Transient tests were carried out by the fast closure of the ball valves located at downstream end of the pipeline for the non-cavitating flow and at upstream for the cavitating flow. Once the rheological behaviour of HDPE pipes were known, computational simulations have been run in order to describe the hydraulic behaviour of the system for the cavitating pipe flow. The calibrated transient solver is capable of accurately describing the attenuation, dispersion and shape of observed transient pressures. The effects related to the viscoelasticity of HDPE pipes and to the occurrence of vapour pressures during the transient event are discussed.
A numerical study on the transient vapor flow and heat transfer is performed to investigate the ideal switching operation of heat source in a high temperature heat pipe. The cylindrical 2-dimensional compressible laminar vapor flow is assumed for the vapor space and the conjugate heat transfer for the heat pipe wall, wick and vapor space is calculated. The different boundary conditions such as constant heat flux, convective or radiative boundary at the outer wall are used respectively to compare the influence of boundary conditions on the transient operation. The transient temperature profile and the internal flow of the entire pipe for the switching operation are described as a result. The results show that the transient time is not significantly affected by the boundary conditions at the outer wall in present study. During the transition, two independent flows are observed temporarily on the right side and left side of the heat pipe. It is also found that the trend of temperature variation in the vapor region is different from the variation in the wick and wall region.
Experimental and numerical study was done to confirm the effect of the flexible tube in pipeline on transient flow oscillation. Experiment was made for a pipeline with and without deformable flexible tube using a single pumping system of main stainless pipe. The wave speeds of main pipe and flexible tube were calculated from the pipe material properties, structures, and boundary conditions. Time dependent pressure fluctuations were calculated for the pipeline using the simple and the Kelvin-Voigt viscoelastic models for the deformation of main pipe and flexible tube. Pressure calculated by the Kelvin-Voigt viscoelastic model showed better agreement with measured one than pressure by the simple model. Experimental and numerical results show that the maximum pressure as well as amplitude of pressure oscillation was decreased by inserting short flexible tube in pipeline. Hence, inserted short flexible tube to pipeline was found to be effective for the suppression of strong pressure oscillation. Moreover, the wave speed in pipe was discussed based on numerical and experimental results.
Time delay effects on near-wall turbulent structures are investigated by performing a large-eddy simulation of a transient turbulent flow in a pipe. To elucidate the time delay effects on the near-wall turbulence, we selected the dimensionless acceleration parameter which was used in the previous study. Various turbulent statistics revealed the distinctive features of the delay. It was shown that the dynamic Smagorinsky model is valid to capture the alterations of the turbulence physics well. A dimensionless time for the responses of the flow quantities was introduced to give the detailed information on the delay of the nearwall turbulence. The conditionally-averaged flow fields associated with Reynolds shear stress producing events show that sweep and ejections are closely related to the delays of the turbulence production and the turbulence propagation toward the pipe center. The present study suggested that the enhanced anisotropy of the turbulence in the initial and transient stages would be a challenging problem to standard turbulence models.
Jo, Jong Chull;Jeong, Jae Jun;Yun, Byong Jo;Kim, Jongkap
Nuclear Engineering and Technology
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제53권1호
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pp.322-336
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2021
This paper presents a numerical prediction of the transient hydraulic loads acting on the tubes and external supports of a pressurized water reactor (PWR) steam generator (SG) during blowdown following a sudden feedwater line break (FWLB). A simplified SG model was used to easily demonstrate the prediction. The blowdown discharge flow was treated as a flashing flow to realistically simulate the transient flow fields inside the SG and the connected broken feedwater pipe. The effects of the SG initial pressure or the broken feedwater pipe length on the intensities or magnitudes of transient hydraulic loads were investigated. Then predictions of the decompression pressure wave-induced impulsive pressure differential loads on SG tubes and the transient blowdown loads on SG external supports were demonstrated and the general aspects of transient responses of such transient hydraulic loads to the FWLB were discussed.
This paper addresses a numerical method for predicting transient temperature distributions in the wall of a curved pipe subjected to internally thermal stratification flow. A simple and convenient numerical method of treating the unsteady conjugate heat transfer in the non-orthogonal coordinate systems is presented. The proposed method is implemented in a finite volume thermal-hydraulic computer code based on a cell-centered, non-staggered grid arrangement, the SIMPLEC algorithm, a higher-order bounded convection scheme, and the modified version of momentum interpolation method. Calculations are performed for the transient evolution of thermal stratification in two curved pipes, where the one has thick wall and the other has so thin wall that its presence can be negligible in the heat transfer analysis. The predicted results show that the thermally stratified flow and transient conjugate heat transfer in a curved pipe with a finite wall thickness can be satisfactorily analyzed by the present numerical method, and that the neglect of wall thickness in the prediction of pipe wall temperature distributions can provide unacceptably distorted results.
This paper is primarily directed toward analyzing the transient response characteristics in hydraulic pipe lines. The exact solution to the transient response characteristics was obtained by using the complicated transfer function derived by Iberall. The discrepancy with the exact and approximate is small, so the approximate solution is adopted to the theoretical one. An equation was derived which describes the pressure times relationship Hat occurs at the end of volume terminated transmission line following a sudden pressure change at its inputs. As a result, It is found that the density has relationship about the Wave Propagation is very useful in analyzing the transient response characteristics of hydraulic pipe lines. The velocity of Pressure wave Propagation decreases as the density of fluid increased.
Results from an experimental study of flow distribution in a close-coupled catalytic converter(CCC) are presented. The experiments were carried out with a flow measurement system specially designed for this study under steady and transient flow conditions. A pitot tube was a tool for measuring flow distribution at the exit of the first monolith. The flow distribution of the CCC was also measured by LDV system and flow visualization. Results from numerical analysis are also presented. Experimental results showed that the flow uniformity index decreases as flow Reynolds number increases. In steady flow conditions, the flow through each exhaust pipe made some flow concentrations on a specific region of the CCC inlet. The transient test results showed that the flow through each exhaust pipe in the engine firing order, interacted with each other to ensure that the flow distribution was uniform. The results of numerical analysis were qualitatively accepted with experimental results. They supported and helped explain the flow in the entry region of CCC.
In this study, results from an experimental and numerical study of flow distribution in a close-coupled catalytic converter (CCC) are presented. The experiments were carried out using a glow measurement system. Flow distribution at the exit of the first monolith in the CCC was measured using a pitot tube under steady and transient flow conditions. Numerical analysis was done using a CF D code at the same test conditions, and the results were compared with the experimental results. Experimental results showed that the uniformity index of exhaust gas velocity decreases as Reynolds number increases. Under the steady flow conditions, flow through each exhaust pipe concentrates on a small region of the monolith. Under the transient flow conditions, flow through each exhaust pipe with the engine firing order interacts with each other to spread the flow over the monolith face. The numerical analysis results support the experimental results, and help explain the flow pattern in the entry region of the CCC.
This paper addresses a numerical method for predicting transient temperature distributions in the wall of a curved pipe subjected to internal laminar thermally-stratified flow. A simple and convenient numerical method of treating the unsteady conjugate heat transfer in non-orthogonal coordinate systems is presented. Numerical calculations are performed for the transient evolution of thermal stratification in two curved pipes, where one has thick wall and the other has so thin wall that its presence can be negligible in the heat transfer analysis. The predicted results show that the thermally stratified flow and transient conjugate heat transfer in a curved pipe with a finite wall thickness can be satisfactorily analyzed by the present numerical method, and that the neglect of wall thickness in the prediction of pipe wall temperature distributions can provide unacceptably distorted results for the cases of pipes with thick wall such as safety related-piping systems of nuclear power plant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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