This paper investigated the influence of simple support girds on flow, irrespective of having mixing vanes, in a 1 × 3 array rod bundle by using CFD methodology and the most accurate turbulence model which could reflect the actual physics of the flow was determined. In this context, a CFD model was created simulating the experimental studies on a single-phase flow [1] and the results were compared with the experimental data. In the first part of the study, influence of mesh was examined. Tetra, hybrid and poly type meshes were analyzed and convergence study was carried out on each in order to determine the most appropriate type and density. k - ε Standard and RSM LPS turbulence models were used in this section. In the second part of the study, the most appropriate turbulence model that could reflect the physics of the actual flow was investigated. RANS based turbulence models were examined using the mesh that was determined in the first part. Velocity and turbulence intensity results obtained on the upstream and downstream of the spacer grid at -3dh, +3dh and +40dh locations were compared with the experimental data. In the last section of the study, the behavior of flow through the spacer grid was examined and its prominent aspects were highlighted on the most appropriate turbulence model determined in the second part. Results of the study revealed the importance of mesh type. Hybrid mesh having the largest number of structured elements performed remarkably better than the other two on results. While comparisons of numerical and experimental results showed an overall agreement within all turbulence models, RSM LPS presented better results than the others. Lastly, physical appearance of the flow through spacer grids revealed that springs has more influence on flow than dimples and induces transient flow behaviors. As a result, flow through a simple support grid was examined and the most appropriate turbulence model reflecting the actual physics of the flow was determined.
The accumulator is a passive safety injection device for emergency core cooling systems. As an important safety feature for providing a high-speed injection flow to the core by compressed nitrogen gas pressure during a loss-of-coolant accident (LOCA), the accumulator injects its precharged nitrogen into the system after its coolant has been emptied. Attention has been drawn to the possible negative effects caused by such a nitrogen injection in passive safety nuclear power plants. Although some experimental work on the nitrogen injection has been done, there have been no comparative tests in which the effects on the system responses and the core safety have been clearly assessed. In this study, a new thermal hydraulic integral test facility-the advanced core-cooling mechanism experiment (ACME)-was designed and constructed to support the CAP1400 safety review. The ACME test facility was used to study the nitrogen injection effects on the system responses to the small break loss-of-coolant accident LOCA (SBLOCA) transient. Two comparison test groups-a 2-inch cold leg break and a double-ended direct-vessel-injection (DEDVI) line break-were conducted. Each group consists of a nitrogen injection test and a nitrogen isolation comparison test with the same break conditions. To assess the nitrogen injection effects, the experimental data that are representative of the system responses and the core safety were compared and analyzed. The results of the comparison show that the effects of nitrogen injection on system responses and core safety are significantly different between the 2-inch and DEDVI breaks. The mechanisms of the different effects on the transient were also investigated. The amount of nitrogen injected, along with its heat absorption, was likewise evaluated in order to assess its effect on the system depressurization process. The results of the comparison and analyses in this study are important for recognizing and understanding the potential negative effects on the passive core cooling performance caused by nitrogen injection during the SBLOCA transient.
Liu, Wenxin;Sarangapani, Jagannathan;Venayagamoorthy, Ganesh K.;Liu, Li;Wunsch II, Donald C.;Crow, Mariesa L.;Cartes, David A.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.5
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pp.526-538
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2007
This paper presents a neural network based decentralized excitation controller design for large-scale power systems. The proposed controller design considers not only the dynamics of generators but also the algebraic constraints of the power flow equations. The control signals are calculated using only local signals. The transient stability and the coordination of the subsystem control activities are guaranteed through rigorous stability analysis. Neural networks in the controller design are used to approximate the unknown/imprecise dynamics of the local power system and the interconnections. All signals in the closed loop system are guaranteed to be uniformly ultimately bounded. To evaluate its performance, the proposed controller design is compared with conventional controllers optimized using particle swarm optimization. Simulations with a three-machine power system under different disturbances demonstrate the effectiveness of the proposed controller design.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.55
no.5
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pp.185-190
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2006
The security analysis relates to the ability of the electric systems to survive sudden disturbances such as electric short circuits or unanticipated loss of system elements. It is composed of both steady state and dynamic security analyses, which are not two separate issues but should be considered together. In steady state security analysis including voltage security analysis, the analysis checks that the system is operated within security limits by OPF (optimal power flow) after the transition of a new operating point. On the other hand, dynamic security analysis deals that the transition will lead to an acceptable operating condition. Transient stability, which is the ability of power systems to maintain synchronism when subjected to a large disturbance, is a principal component in dynamic security analysis. Usually any loss of synchronism will cause additional outages. They make the present steady state analysis of the post-contingency condition inadequate for unstable cases. This is the reason of the need for dynamics of systems. Probabilistic criterion can be used to recognize the probabilistic nature of system components and shows the possibility of system security. A comprehensive conceptual framework for probabilistic static and dynamic assessment is presented in this paper. The simulation results of the Western System Coordinating Council (WSCC) system compare an analytical method with Monte-Carlo simulation (MCS). Also, a case study of the extended IEEE Reliability Test System (RTS) shows the efficiency of this approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.2
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pp.338-348
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1988
This study presents an analysis of periodic heat diffusion in an annular fin with uniform thickness. When the temperature of the fin base is changed in the form of a sinusoidal function, the exact temperature solution can be obtained by Laplace transformation in terms of the dimensionless parameters in the infinite series. Local heat flux and average heat flux, local fin efficiency and average fin efficiency were obtained. Particularly, the table of eigenvalues that are the indispensable condition in solving the heat transfer problem of annular fin in a transient state with convection phenomena at the fin edge is provided. The tables of heat fluxes and average heat fluxes, fin efficiencies and average fin efficiencies are also provided from the computed results. Also, substituting the variations of dimensionless parameters into the these exact solutions, the characteristics of these response are investigated.
Novel characterization of thermal properties of a battery has been introduced by defining its frequency-dependent thermal impedance function. Thermal impedance function can be approximated as a thermal impedance spectrum by analyzing experimental temperature transient which is related to the thermal impedance function through Laplace transformation. In order to obtain temperature transient, a process has been devised to generate external heat pulse with heating wire and to measure the response of battery. This process is used to study several commercial Li-ion batteries of cylindrical type. The thermal impedance measurements have been performed using potentionstat/galvanostate controlled digital signal processor, which is more commonly available than flow-meter usually applied for thermal property measurements. Thermal impedance spectra obtained for batteries produced by different manufactures are found to differ considerably. Comparison of spectra at different states of charge indicates independence of thermal impedance on charging state of battery. It is shown that thermal impedance spectrum can be used to obtain simultaneously thermal capacity and thermal conductivity of battery by non-linear complex least-square fit of the spectrum to thermal impedance model. Obtained data is used to simulate a response of the battery to internal heating during discharge. It is found that temperature inside the battery is by one-third larger that on its surface. This observation has to be considered to prevent damage by overheating.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.132-141
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1995
The torque converter, an important component of automatic transmissions, is a hydrodynamic device which has a great influence on transient characteristics of vehicle during shift. To predict the accurate driving performance in extremely transient state such as shifting process, a detailed analysis of the torque converter is required. In this study, one dimensional performance model of the torque converter based on the concept of mean flow path, was used to analyze the shifting transients and the exact values of equivalent parameters were determined from the experimental results by using BOX program. The dynamic modelings of the components of power transmission systems such as engines, planetary gear systems, clutches and one-way clutches, were carried out. To analyze the shifting transients of tracked vehicle, a simulation program was developed. In the modeling of power transmission systems, the stiffness of shafts was neglected and shifting control logic(TCU) was included. Using the developed simulation program, the driving conditions were simulated and the results of simulation were verified through the experiments on the dynamometer.
Multi-dimensional analysis of reactor safety-KINS standard (MARS-KS) is a thermal-hydraulic code to simulate multiple design basis accidents in reactors. The code has been essential to assess nuclear safety, but has mainly focused on light water reactors, which are in the majority in South Korea. Few previous studies considered pressurized heavy water reactor (PHWR) applications. To verify the code applicability for PHWRs, it is necessary to develop MARS-KS input decks under various transient conditions. This study proposes an input model to simulate small-break loss of coolant accidents for PHWRs. The input model includes major equipment and experimental conditions for test B9802. Calculation results for selected variables during steady-state closely follow test data within ±4%. We adopted the Henry-Fauske model to simulate break flow, with coefficients having similar trends to integrated break mass and trip time for the power supply. Transient calculation results for major thermal-hydraulic factors showed good agreement with experimental data, but further study is required to analyze heat transfer and void condensation inside steam generator u-tubes.
The valve assembly used in nuclear power plants is important safety-related equipment. In the new standard, the physical attributes are measured using a valve diagnosis test, which is used in the expansion to other non-tested valves using a quantitative test-basis methodology. With a motor-operated actuator, the state of stem's lubrication is related to physical attributes such as the stem factor and the friction coefficient. This study analyzed the numerical transient of fluid and solid lubrication with a squeeze film effect due to the loading rate on the stem and the stem nut using the experimental data. The differential equation that governs the motion mechanism of the stem and stem nut is established and analyzed. The flow rate, the fluid and the solid contact forces are calculated with the friction coefficient. Finally, we found that a change in the friction coefficient results from a change of the shear force in the solid contact mode during the interchange process between the solid contact mode and the fluid contact mode. The qualitative understanding of the squeeze film effect is expanded quantitatively for forces, thread surface distance, velocity, and acceleration, with consideration of the metal solid contact and fluid contact.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.4
no.3
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pp.210-222
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1994
The characteristics of flows, temperatures, and concentrations of oxygen are numerically studies in the Czochralski furnace with a uniform axial magnetic field. Important governing factors to the flow fields include buoyancy, thermocapillarity, centrifugal force, magnetic force, diffusion and segregation coefficients of the oxygen, evaporation coefficient in the form of SiO, and ablation rate of crucible wall. With an assumption that the flow fields have reached the steady state, which means that two velocity components in the meridional plane and circumferential velocity, temperatures, electric current intensity become non-transient, then unsteady concentration field of oxygen has been analyzed with an initially uniform oxygen concentration. Oxygen transports due to convection and diffusion in the Czochralski flow field and oxygen flux through the growing crystal surface has been investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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