Boiler design should be desinged to maximize thermal efficiency of the system under imposed load requirement and a boiler should be validated for transient operation. If a proper prediction is possible on the transient behavior and transient characteristics of a boiler, one may asses the performance of boiler component, control logics and operation procedures. In this work, dynamic modeling method of boiler is presented and dynamic simulation of load runback scenario was carried out on suprecritical oil-firing boiler.
A new task of using the Jacobian-Free-Newton-Krylov (JFNK) method for the PWR core transient simulations involving neutronics, thermal hydraulics and mechanics is conducted. For the transient scenario of PWR, normally the Picard iteration of the coupled coarse-mesh nodal equations and parallel channel TH equations is performed to get the transient solution. In order to solve the coupled equations faster and more stable, the Newton Krylov (NK) method based on the explicit matrix was studied. However, the NK method is hard to be extended to the cases with more physics phenomenon coupled, thus the JFNK based iteration scheme is developed for the nodal method and parallel-channel TH method. The local gap conductance is sensitive to the gap width and will influence the temperature distribution in the fuel rod significantly. To further consider the local gap conductance during the transient scenario, a 1D mechanics model is coupled into the JFNK scheme to account for the fuel thermal expansion effect. To improve the efficiency, the physics-based precondition and scaling technique are developed for the JFNK iteration. Numerical tests show good convergence behavior of the iterations and demonstrate the influence of the fuel thermal expansion effect during the rod ejection problems.
This paper describes a 2D nonlinear finite element analysis (NLFEA) platform that combines heat flow analysis with realistic analysis of cracked reinforced concrete structures. The behavior models included in the structural analysis are mainly based on the Modified Compression Field Theory and the Distributed Stress Field Model. The heat flow analysis takes into account time-varying thermal loads and temperature-dependent material properties. The capability of 2D nonlinear transient thermal analysis is then implemented into a nonlinear finite element analysis program VecTor2(C) for 2D reinforced concrete membranes. Analyses of four numerical examples are performed using VecTor2, and results obtained indicate that the suggested nonlinear finite element analysis procedure is capable of modeling the complete response of a concrete structure to thermal and mechanical loads.
Kim, Young Il;Kim, Tong Seop;Kim, Jae Hwan;Ro, Sung Tack;Kauh, Sang Ken
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.11
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pp.1410-1417
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1999
A thorough understanding of the transient behavior during start-up is essential in the design and operation of the heat recovery steam generator(HRSG). During this period of time, material that is exposed to high temperature and experiences a large temperature variation is subject to high thermal stress. In this work, a transient formulation of the HRSG is constructed including the estimation of the thermal stress and fatigue of the drum wall. Start-up behavior of a single-pressure HRSG is analyzed and the effect of bypassing part of the gas turbine exhaust flow on the thermal stress evolution is examined. It is found that the modulation of the gas flow rate using a bypass damper is very useful in view of reducing the thermal stress of the drum and ensuring the fatigue lifetime.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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1994.11a
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pp.135-140
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1994
An improved steam generator model has been developed for the DSNP simulation of normal operational transient behavior of CANDU nuclear power plant. For more realistic prediction of steam generator behavior during transient, tube bundle region is divided into two separate control volumes, subcooled region and saturated region, and the variation of thermal hydraulic properties in the control volume is accounted for more realistic estimates of outlet enthalpy of each control volume. Test results for typical CANDU operational transient case show reasonable transient behavior of steam generator with overall CANDU operation and improved operational characteristics of steam generator with power variation.
The thermal behavior of power modules is an important criterion for the design of cooling systems and optimum thermal structure of these modules. An important consideration for high power and high frequency design is the spacing between semiconductor devices, substrate structure and influence of the boundary condition in the case. This study focuses on the thermal behavior of hybrid power modules to establish a simplified method that allows temperature estimation in different module components without decapsulation. This study resulted in a correction of the junction temperature values estimated from the transient thermal impedance of each component operating alone. The corrections depend on mutual thermal coupling between different chips of the hybrid structure. A new experimental technique for thermal mutual evaluation is presented. Notably, the classic analysis of thermal phenomena in these structures, which was independent of dissipated power magnitude and boundary conditions in the case, is incorrect.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.263-268
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2010
Thermal characterization of geomaterials has significant implication on the geothermal energy, disposal of nuclear wastes, geological sequestration of carbon dioxides and recovery of hydrocarbon resources. Heat transfer in multiphase materials is dominated by the thermal conductivity of consisting components, porosity, degree of saturation and overburden pressure, which have been investigated by the empirical correlation at macro-scale. The thermal measurement by Transient Plane Source (TPS) and associated algorithm for interpretation of thermal behavior in geomaterials corroborate the robustness of sensing techniques. The method simultaneously provides thermal conductivity, diffusivity and volumetric heat capacity. The newly introduced thermal network model enables estimating thermal conductivity of geomaterials subjected to the effective stress, which has not been evaluated using previous thermal models. The proposed methods shows the applicability of reliability of TPS technique and thermal network model.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1999.08a
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pp.231-235
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1999
An integrated finite element-based model is presented for the prediction of the three dimensional, transient thermo-mechanical behavior of the work roll in hot strip rolling. The model is comprised of basic finite element models which are incorporated into an iterative solution procedure to deal with the interdependence between the thermo-mechanical behavior of the strip and that of work roll, which arises from roll-strip contact, as well as with the interdependence between the thermal and mechanical behavior. Demonstrated is the capability of the model to reveal the detailed aspects of the thermo-mechanical behavior and to reflect the effect of various process parameters.
In this work, thermoelastic dynamic behavior of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) cylinders subjected to mechanical pressure loads, uniform temperature environment or thermal gradient loads is investigated by a mesh-free method. The material properties and thermal stress wave propagation of the nanocomposite cylinders are derived after solving of the transient thermal equation and obtaining of the time history of temperature field of the cylinders. The nanocomposite cylinders are made of a polymer matrix and wavy single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The volume fraction of carbon nanotubes (CNTs) are assumed variable along the radial direction of the axisymmetric cylinder. Also, material properties of the polymer and CNT are assumed temperature-dependent and mechanical properties of the nanocomposite are estimated by a micro mechanical model in volume fraction form. In the mesh-free analysis, moving least squares shape functions are used to approximate temperature and displacement fields in the weak form of motion equation and transient thermal equation, respectively. Also, transformation method is used to impose their essential boundary conditions. Effects of waviness, volume fraction and distribution pattern of CNT, temperature of environment and direction of thermal gradient loads are investigated on the thermoelastic dynamic behavior of FG-CNTRC cylinders.
Darwish, Feras H.;Al-Nimr, Mohammad A.;Hatamleh, Mohammad I.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.4
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pp.645-659
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2015
This research investigates the thermoelastic transient behavior of a thermally loaded slab made of a thermal diode-like material which has two directional thermal conductivity values (low and high). Finite difference analysis is used to obtain the elastic response of the slab based on the temperature solutions. It is found that the rate of heat transfer through the thickness of the slab decreases with reducing the ratio between the low and high thermal conductivity values (R). In addition, reducing R makes the slab less responsive to the thermal load when heated from the direction associated with the low thermal conductivity value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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