The MELCOR code useful for a plant-specific hydrogen risk analysis has inevitable limitations in prediction of a turbulent flow of a hydrogen mixture. To investigate the accuracy of the hydrogen risk analysis by the MELCOR code, results for the turbulent gas behavior at pipe rupture accident were compared with CFX results which were verified by the American National Standard Institute (ANSI) model. The postulated accident scenario was selected to be surge line failure induced by station blackout of an Optimized Power Reactor 1000 MWe (OPR1000). When the surge line failure occurred, the flow out of the surgeline was strongly turbulent, from which the MELCOR code predicted that a substantial amount of hydrogen could be released. Nevertheless, the results indicated nonflammable mixtures owing to the high steam concentration released before the failure. On the other hand, the CFX code solving the three-dimensional fluid dynamics by incorporating the turbulence closure model predicted that the flammable area continuously existed at the jet interface even in the rising hydrogen mixtures. In conclusion, this study confirmed that the MELCOR code, which has limitations in turbulence analysis, could underestimate the existence of local combustible gas at pipe rupture accident. This clear comparison between two codes can contribute to establishing a guideline for computational hydrogen risk analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.11
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pp.3003-3013
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1995
The characteristics of the flow field in the tangentially fired furnace are presented. Experiments are conducted in the simplified cold type isothermal flow model. In the measurement of flow field, a hot wire anemometer is used. The hot wire was calibrated by lookup table method. The mean velocity field and turbulence characteristics are showed with changing the nozzle angle. In the center of the model, the low speed, unstable flow region is formed. The size and position of these regions are varied with changing the nozzle angle. It can be used as fundamental data in the design of the large furnace. From the experimental results, various turbulent characteristics of swirling flow field is obtained. And the entrainment mechanism of the jet flow field is described from the distribution of the skewness and the flatness. It can be used the raw data of approximate calculation and turbulent modelling.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.4
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pp.466-475
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2003
The gun-type gas burner adopted in this study is generally composed of eight slits and swirl vanes. Thus, this paper is studied to investigate the effect of slits and swirl vanes on the turbulent flow fields in the horizontal plane of gas swirl burner with a cone type baffle plate measured by using X-probe from hot-wire anemometer system. This experiment is carried out at flow rate 450 $\ell$/min in the test section of subsonic wind tunnel. The axial mean velocity component in the case of burner model with only swirl vanes shows the characteristic that spreads more remarkably toward the radial direction than axial one, it does, however, directly opposite tendency in the case of burner model with only slits. Consequently. both slits and swirl vanes composing of gun-type gas burner play an important role in decrease of the speed near slits and increase of the flow speed in the central part of a burner because the biggest speed spurted from slits encircles rotational flow by swirl vanes and it drives main flow toward the axial direction. Moreover, the turbulent intensities and turbulent kinetic energy of gun-type gas burner are distributed with a fairly bigger size within X/R<0.6410 than burner models which have only slits or swirl vanes because the rotational flow by swirl vanes and the fast jet flow by slits increase flow mixing, diffusion, and mean velocity gradient effectively.
The gun-type gas burner adopted in this study is generally composed of some slits and swirl vanes. Therefore, this paper is studied to investigate the effect of slits and swirl vanes on the turbulent flow fields in the horizontal plane of gas swirl burner with a cone type baffle plate measured by using X-probe from hot-wire anemometer system. This experiment is carried out at flow rate $450\;{\ell}/min$, which is equivalent to the combustion air flow rate necessary for heat release 15,000 kcal/hr in gas furnace, in the test section of subsonic wind tunnel. When the burner has only swirl vanes, the axial mean velocity component shows the characteristic that spreads more remarkably toward radial direction than axial one, but when it has only slits, that is developed spreading more toward axial direction than radial one. Therefore, because the biggest speed is spurted in slits and it derive main flow toward axial direction encircling rotational flow that comes out from swirl vane that is situated on the inside of slits, both slits and swirl vanes composing of cone type gas burner act role that decreases the speed near slits and increases the flow speed in the central part of a burner. Moreover, because rotational flow by swirl vanes and fast jet flow by slits increase turbulent intensities effectively coexisting, the turbulent kinetic energy is distributed with a bigger size fairly near slits than burner models which have only slit or swirl vanes within X/R<0.6410.
Jet flow can occur by gate opening at downstream of a hydraulic structure such as weir of drainage gate. If the stream bed is not hard or the bed protection is not sufficient, vortex erosion occurs and a resulting scour hole will be formed due to the high shear stress of the jet flow. Once the scour hole is formed, a vortex occurs in ti and this vortex causes additional erosion. If this erosion continues and reaches to the hydraulic structure, it can undermine the bottom of the hydraulic structure and this will lead to failure of the structure itself. Thus, it is necessary to define the physical features of the vortex structure in the scour hole for the design of the bed protection. This study presents the turbulent vortex structure in the scour hole by the gate opening of the hydraulic structure. Characteristics of vortex motion, circulation, vortex scale and vortex were analyzed through experiments. Experimental results of the vortex velocity were compared with theoretical ones. From these, circulation and vortex scale were obtained with known values of inflow depth, inflow velocity and scale of scour hole
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.1
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pp.1-8
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2003
The heat transfer and flow measurements on a cylindrical pedestal mounted on a flat surface with a turbulent impinging jet were made. The experiments were made for the jet Reynolds number of Re = 23,000, the dimensionless nozzle-to-surface distance of L/d = 2~10, the dimensionless pedestal height of H/D = 0~1.5. Measurements of the surface temperature and the Nusselt number distributions on the plate surface were made using liquid crystal and shroud-transient technique. Flow measurements involve smoke flow visualization and the wall pressure coefficient. The results show that the wall pressure coefficient sharply decreases along the upper surface of the pedestal. However, the pressure increases when the fluid escapes from the pedestal and then collides on the plate surface. The secondary maxima in the Nusselt numbers occur in the region of 1.0 $\leq$ r/d $\leq$ 1.9. Their values for the case of H/D = 0.5 are maximum 80% higher than those for other cases. The formation of the secondary maxima may be attributed to the reattachment of flow on the plate surface which was separated at the edge of the pedestal.
Kim, Hyeon-Jun;Choi, Won-Young;Bae, Soo-Ho;Hong, Jung-Goo;Shin, Hyun-Dong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.7
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pp.504-512
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2008
The characteristics of nonpremixed oxy-fuel flame in a multi-jet burner were experimentally and numerically investigated. The overall flow rate of fuel and oxygen was fixed, and the oxygen feeding ratio (OFR) was varied by 0.25, 0.5, and 0.75. The results of numerical simulation were compared with the measured results which are temperature profile and direct flame observation. The probability density function (PDF) model was applied accounting to the description between turbulence and chemistry, and standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model was used for turbulent flow field. Equilibrium assumption is very reasonable due to fast chemistry of the oxy-fuel combustion. Thus, the equilibrium calculation based on Gibbs free energy minimization was guaranteed to generate the solution of the oxy-fuel combustion. The result was obtained by numerical simulation. The predicted radial temperature profiles were in good agreement with the measured results. The flame length was shorten and was intensified with the decrease of OFR because the mixture of fuel and oxidizer are fast mixed and burnt. The maximum temperature became lower as the OFR increased, as a consequence of large flame surface area.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.2
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pp.223-229
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2004
Combustion using oxygen enriched air is known as a technology which can increase thermal efficiency due to increase of the flame temperature. Flame shapes, schlieren photos, OH radical chemiluminescence and local flame temperature were examined as a function of OEC(Oxygen Enriched Concentration) in a coaxial non-premixed jet. With increase of OEC, flame length and width decreased, but its brightness increased significantly, and the size of vortices in the flame also increased. Especially, the reaction around the flame surface became active. The strong OH intensity appeared to be made and moved from middle stream to upper one with increase of OEC, which shows combustion reaction in the upper stream becomes more dominant In addition, the temperature distributions of the flames showed similar tendency with OH radical intensities. A flame with high temperature and strong stability was obtained with increasing OEC of the coflow.
The heat transfer and flow measurements were made on a cylindrical pedestal mounted on a flat plate with a turbulent impinging air jet. The heat transfer coefficient distributions on the flat plate were measured using the shroud-transient technique and liquid crystal was used to measure the surface temperature. The jet Reynolds number (Re) is 23,000, the dimensionless nozzle-to-surface distance (L/d) from 2 to 10, the dimensionless pedestal diameter-to-height (H/D) from 0 to 1.5, the dimensionless 2nd pedestal diameter-to-height ($H/D_2$) from 0 to 0.4 and the distance from the stagnation point to 2nd pedestal (p/D). The results show that for H/D = 0.5 to 1.5, the Nusselt number distributions on the plate surface exhibit a maximum between $r/d\;{\cong}\;1.0$ and 1.5. The presence of the pedestal appears to cause the flow separation and reattachment on the plate surface, which results in the maximum heal transfer coefficient. Also, for p/D = 2.5 and $H/D_2$ = 0.3, the local Nusselt number in the region corresponding to $r/d\;{\cong}\;1.1$ was increased up to 50% compared to that for $H/D_2=0$.
The Proper Orthogonal Decomposition (POD) technique was applied to investigate the effects of Reynolds number and the characteristics of the organized motions or coherent structures as a function of downstream position from x/D=2 to 6 in a turbulent axisymmetric shear layer at Reynolds numbers of 78,400, 117,600, and 156,800. Data were collected simultaneously using the 138 hot-wire probe used by Citriniti and George (2000). The POD was then applied to a double Fourier transform in time and azimuthal direction of the double velocity correlation tensor. The lowest azimuthal mode for all POD modes, which dominated the dynamics at x=D = 3 in the previous experiments, dies off rapidly downstream. This is consistent with a trend toward homogeneity in the downstream evolution, and suggests that some residual value may control the growth rate of the far jet. On the other hand, for the higher azimuthal modes, the peak shifts to lower mode numbers and actually increases with downstream distance. These mixing layer data, normalized by similarity variables for the mixing layer, collapse at all downstream positions and are nearly independent of Reynolds numbers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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