In influence of the vapor phase turbulent stress (i.e., the too-phase Reynolds stress) to the characteristics of two-phase system in a horizontal pipe has been theoretically investigated. The average two-fluid model has been constituted with closure relations for stratified flow in a horizontal pipe. A vapor phase turbulent stress model for the regular interface geometry has been included. It is found that the second order waves propagate in opposite direction with almost the same speed in the moving frame of reference of the liquid phase velocity. Using the well-posedness limit of the two-phase system, the dispersed-stratified How regime boundary has been modeled. Two-phase Froude number has been found to be a convenient parameter in quantifying the onset of slugging as a function of the global void fraction. The influence of the taper phase turbulent stress was found to stabilize the flow stratification.
An analytical model that includes the steam condensation effect has been derived and a parametric study has been performed. In addition, a series of experiments were performed and a total of 34 experimental data for the onset of CCFL in nearly horizontal countercurrent two-phase How have been obtained for various flow rates of water. Comparisons of the present CCFL data with slug formation models show that the agreement between the present as well as the existing model and the data is about the same. However, the deviation between the Taitel and Dukler's model predictions and the data is the largest when if j$_{f}$<0.04 m/s. A parametric study of the effect of the steam condensation using the present model shows that, when all local conditions are similar, the model predicted local gas velocities that cause the onset of flooding are slightly lower when condensation occurred. Based on the visual observation and the evaluation of the present work, it has been concluded that the criterion derived for the onset of slug flow can be directly used to predict the onset of inner flooding in nearly horizontal two-phase flow within the experimental ranges of the present work.
A total of 17 experimental data for the onset of slugging, which is assumed to be the precursor of the condensation-induced waterhammer (CIWH), have been obtained for various How rates of water Incorporating the most recent correlations of interfacial heat transfer and friction factor developed for a circular geometry and using an improved criterion of transition from stratified to a slug flow, two existing analytical models to predict lower and upper bounds for CIWH have been upgraded. Applicability of the present as well as existing CIWH models has been tested by comparison with two sets of CIWH data. The result of this comparison shows that the applicability of the present as well as existing models is reasonably good. Based on the present models for CIWH, a computer code entitled as“KAIST-CIWH”has been developed and sample guide charts to find CIWH free regions for a given combination of major flow parameters in a long horizontal pipe have been presented along with the results of parametric studies of major parameters (D, P, $T_{f,in}$, and L/D) on the critical inlet water flow rate($W_{f,in}_crit$ for both lower and upper bounds. In addition, two simple formulas for lower and upper bounds that can be used in an emergency for quick results have been presented.
Thermalhydraulic reactor simulation of tomorrow will require a new generation of codes combining at least three scales, the CFD scale in open medium, the component scale and the system scale. DNS will be used as a support for modelling more macroscopic models. NEPTUNE is such a new generation multi-scale platform developed jointly by CEA-DEN and EDF-R&D and also supported by IRSN and FRAMATOME-ANP. The major steps towards the next generation lie in new physical models and improved numerical methods. This paper presents the advances obtained so far in physical modelling for each scale. Macroscopic models of system and component scales include multi-field modelling, transport of interfacial area, and turbulence modelling. Two-phase CFD or CMFD was first applied to boiling bubbly flow for departure from nucleate boiling investigations and to stratified flow for pressurised thermal shock investigations. The main challenges of the project are presented, some selected results are shown for each scale, and the perspectives for future are also drawn. Direct Numerical Simulation tools with Interface Tracking Techniques are also developed for even smaller scale investigations leading to a better understanding of basic physical processes and allowing the development of closure relations for macroscopic and CFD models.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.5
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pp.810-818
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1987
A new method is proposed to identify two-phase flow regimes in horizontal gas-liquid flow, based upon a statistical analysis of instantaneous pressure drop curves at an orifice. The probability density functions of the curves indicate distinct patterns depending upon the two-phase flow regime. The transition region also could be identified by the distribution shape of the probability density function. The statistical properties of the pressure drop are analyzed for various flow regimes and transitions. Finally, the data of flow patterns determined by the proposed method are compared with the flow pattern maps suggested by other investigators.
A single-beam gamma densitometer is utilized to measure the average void fraction in a small diameter stainless steel pipe under critical flow conditions. A typical design of a single-beam gamma densitometer is composed of a sealed gammaray source, a collimator, a scintillation detector, and a data acquisition system that includes an amplifier and a single channel analyzer. It is operated in the count mode and can be calibrated with a test pipe and various types of phantoms made of polyethylene. A good average void fraction is obtained for a small diameter pipe with various flow regimes of the core, annular, stratified, and bubbly flows. Several factors influencing the performance of the gamma densitometer are examined, including the distance between the source and the detector, the measuring time, and the ambient temperature. The void fraction is measured during an adiabatic downward two-phase critical flow in a vertical pipe. The test pipe has an inner diameter of 10.9 mm and a thickness of 3.2 mm. The average void fraction was reasonably measured for a two-phase critical flow in the presence of nitrogen gas.
Nazemi, E.;Feghhi, S.A.H.;Roshani, G.H.;Gholipour Peyvandi, R.;Setayeshi, S.
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.1
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pp.64-71
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2016
Void fraction is an important parameter in the oil industry. This quantity is necessary for volume rate measurement in multiphase flows. In this study, the void fraction percentage was estimated precisely, independent of the flow regime in gas-liquid two-phase flows by using ${\gamma}-ray$ attenuation and a multilayer perceptron neural network. In all previous studies that implemented a multibeam ${\gamma}-ray$ attenuation technique to determine void fraction independent of the flow regime in two-phase flows, three or more detectors were used while in this study just two NaI detectors were used. Using fewer detectors is of advantage in industrial nuclear gauges because of reduced expense and improved simplicity. In this work, an artificial neural network is also implemented to predict the void fraction percentage independent of the flow regime. To do this, a multilayer perceptron neural network is used for developing the artificial neural network model in MATLAB. The required data for training and testing the network in three different regimes (annular, stratified, and bubbly) were obtained using an experimental setup. Using the technique developed in this work, void fraction percentages were predicted with mean relative error of <1.4%.
Kim, Min Gi;Wisudhaputra, Adnan;Lee, Jong-Hyuk;Kim, Kyungdoo;Park, Hyun-Sik;Jeong, Jae Jun
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.5
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pp.1890-1901
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2022
We have assessed the applicability of the thermal-hydraulic system analysis code, SPACE, to a small modular reactor called SMART. For the assessment, the experimental data from a scale-down integral-test facility, SMART-ITL, were used. It was conformed that the SPACE code unrealistically calculates the safety injection flow rate through the CMT and SIT during a small-break loss-of-coolant experiment. This unrealistic behavior was due to the overprediction of interfacial heat transfer at the steam-water interface in a vertically stratified flow in the tanks. In this study, a special thermal-hydraulic component model has been developed to realistically calculate the interfacial heat transfer when a strong non-equilibrium two-phase flow is formed in the CMT or SIT. Additionally, we developed a special heat structure model, which analytically calculates the heat transfer from the hot steam to the cold tank wall. The combination of two models for the tank are called the special component model. We assessed it using the SMART-ITL passive safety injection system (PSIS) test data. The results showed that the special component model well predicts the transient behaviors of the CMT and SIT.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.2
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pp.232-239
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1985
근사수평 이상반류유동에서의 플러딩천이에 대한 실험을 수행하였으며 이것을 바탕으로 반류유 동도(flow-regime map)를 완성하였다. 또 플러딩천이에 대한 응축의 영향을 고찰하였는데 플러 딩이 액체입구에서 야기될 때 플러딩 속도는 응축량을 고려한 유효증기량으로 표시되며 이 경우 반드시 히스테리시스효과를 동반하게 된다. 이 효과는 응축에 기인하는 것으로 그 메카니즘을 구명하였다. 또 전달액체유량이 영이 될 때의 임계증기속도는 액체분출유량이나 액체서브쿠울 링의 정도에 무관하며 본 연구에서 사용한 관의 경우, 수정 Wallis 변수로 1.74로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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