In the late in-vessel phase of a nuclear reactor severe accident, the internal heat transfer and crust evolution during the debris bed melting process have important effects on the thermal load distribution along the vessel wall, and further affect the reactor pressure vessel (RPV) failure mode and the state of melt during leakage. This study coupled the phase change model and large eddy simulation to investigate the variations of the temperature, melt liquid fraction, crust and heat flux distributions during the debris bed melting process in the hypothetical severe accident of HPR1000. The results indicated that the heat flow towards the vessel wall and upper surface were similar at the beginning stage of debris melting, but the upward heat flow increased significantly as the development of the molten pool. The maximum heat flux towards the vessel wall reached 0.4 MW/m2. The thickness of lower crust decreased as the debris melting. It was much thicker at the bottom region with the azimuthal angle below 20° and decreased rapidly at the azimuthal angle around 20-50°. The maximum and minimum thicknesses were 2 and 90 mm, respectively. By contrast, the distribution of upper crust was uniform and reached stable state much earlier than the lower crust, with the thickness of about 10 mm. Moreover, the sensitivity analysis of initial condition indicated that as the decrease of time interval from reactor scram to debris bed dried-out, the maximum debris temperature and melt fraction became larger, the lower crust thickness became thinner, but the upper crust had no significant change. The sensitivity analysis of in-vessel retention (IVR) strategies indicated that the passive and active external reactor vessel cooling (ERVC) had little effect on the internal heat transfer and crust evolution. In the case not considering the internal reactor vessel cooling (IRVC), the upper crust was not obvious.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1566-1574
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1992
Local heat transfer characteristics for a round air jet impinging normally on a heated flat plate were experimentally investigated. The problem parameters investigated were jet Reynolds number, Re=4000,10000, and 20000, and nozzle-to-plate spacing(L/D) of 2,6, and 10. The temperature variations on the flat uniform heat flux surface were mapped using a thermo-sensitive liquid crytal sheet. The isochromatic images corresponding to the characteristic temperature of liquid crystal were analyzed with the help of a digital image processing system. The local Nusselt number, Nu decreased rapidly in the impingement region and exhibited a similar profiles in the wall jet region independent of the nozzle-to-plate spacing L/D. In the case of large Reynolds number, heat transfer rate (Nu) was proportional to 0.5 power of the Reynolds number. For L/D=2, a secondary peak in the heat transfer rate was seen in the region of X/D=1.5~3 due to the transition from laminar to turbulent boundary layer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.4
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pp.579-588
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1997
The heat transfer and flow measurements from a convex curved surface to a circular impinging jet have been made. The flow at the nozzle exit has a fully developed velocity profile. The jet Reynolds number (Re) ranges from 11,000 to 50,000, the dimensionless nozzle-to-surface distance (L/d) from 2 to 10, and the dimensionless surface curvature (d/D) from 0.034 to 0.089. The results show that the stagnation point Nusselt number (N $u_{st}$ ) increases with increasing value of d/D. The maximum Nusselt number at the stagnation point occurs at L/d .ident. 6 to 8 for all Re's and d/D's tested. For larger L/d, N $u_{st}$ dependency on Re is stronger due to an increase of turbulence in the approaching jet as a result of the more active exchange of momentum with a surrounding air. The local Nusselt number decreases monotonically from its maximum value at the stagnation point. However, for L/d=2 and Re=23,000, and for L/d.leq.4 and Re=50,000, the stream wise Nusselt number distributions exhibit secondary maxima at r/d .ident. 2.2. The formation of the secondary maxima is attributed to an increase in the turbulence level resulting from the transition from a laminar to a turbulent boundary layer.ndary layer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.9
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pp.1105-1114
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1997
The heat transfer characteristics of free surface water jet impinging normally against a flat uniform heat flux surface were investigated. This deals with the effect of three nozzle configurations (Cone type, Reverse cone type, Vertical circular type) on the local and the average heat transfer. Heat transfer measurements were made for water jet issuing from a nozzle of which exit diameter 8 mm. The experimental conditions investigated are Reynolds number range of 27000 ~ 70000( $V_{O}$=3 ~ 8 m/s), nozzle-to-target plate distances H/D=2 ~ 10, and radial distance from the stagnation point r/D ~ = 0 ~ 7.42. For all jet velocities of H/D=2, the local Nusselt number decreased monotonically with increasing radial distance. However, for H/D from 4 to 10, and for the jet velocity $V_{O}$.geq.7 m/s for Cone type nozzle and $V_{O}$.geq.6 m/s for the other type nozzles, the Nusselt number distributions exhibited secondary peaks at r/D=3 ~ 3.5. For Reverse cone type nozzle and Vertical circular nozzle, the maximum stagnation point heat transfer and the maximum average heat transfer occurs at H/D=8. But for the Cone type nozzle, the maximum stagnation and average heat transfer occurs at H/D=10, 4, respectively. From the optimum nozzle-to-target plate distance, the stagnation and the average heat transfer reveal the following ranking: Reverse cone type nozzle, Vertical circular type nozzle, Cone type nozzle.ozzle.
Ebrahimi, Tayebeh;Nejad, Mohammad Zamani;Jahankohan, Hamid;Hadi, Amin
Steel and Composite Structures
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v.38
no.2
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pp.189-211
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2021
An analytical solution is presented to analyze the thermoelastoplastic response of a rotating thick-walled cylindrical pressure vessel made of functionally graded material (FGM). The analysis is based on Tresca's yield condition, its associated flow rule and linear strain hardening material behaviour. The uncoupled theory of thermoelasticity is used, and the plane strain condition is assumed. The material properties except for Poisson's ratio, are assumed to vary nonlinearly in the radial direction. Elastic, partially plastic, fully plastic, and residual stress states are investigated. The heat conduction equation for the one-dimensional problem in cylindrical coordinates is used to obtain temperature distribution in the vessel. It is assumed that the inner surface is exposed to an airstream and that the outer surface is exposed to a uniform heat flux. Tresca's yield criterion and its associated flow rule are used to formulate six different plastic regions for a linearly hardening condition. All these stages are studied in detail. It is shown that the thermoelastoplastic stress response of a rotating FGM pressure vessel is affected significantly by the nonhomogeneity of the material and temperature gradient. The results are validated with those of other researchers for appropriate values of the system parameters and excellent agreement is observed.
Cloud streets were successfully simulated by numerical model (RAMS) including an Isolated mountain near the coast, large sensible heat flux from the sea surface, uniform stratification and wind velocity with low Froude number (0.25) in the inflow boundary The well developed cloud streets between a pair of convective rolls are simulated at a level of 1 km over the sea. The following five results were obtained: 1) port the formation of the pair of convective rolls, both strong static instability and a topographically induced mechanical disturbance are strongly required at the same time. 2) Strong sensible heat flux from the sea surface is the main energy source of the pair of convective rolls, and the buoyancy caused by condensation in the cloud is negligibly small. 3) The pair o( convective rolls is a complex of two sub-rolls. One is the outer roll, which has a large radius, but weak circulation, and the other is the inner roll, which has a small radius, but strong circulation. The outer roll gathers a large amount of moisture by convergence in the lower marine boundary, and the inner roll transfers the convergent moisture to the upper boundary layer by strong upward motion between them. 4) The pair of inner rolls form the line-shaped cloud streets, and keep them narrow along the center-line of the domain. 5) Both by non-hydrostatic and by hydrostatic assumptions, cloud streets can be simulated. In our case, non-hydrostatic processes enhanced somewhat the formation of cloud streets. The horizontal size of the topography does not seem to be restricted to within the small scale where non-hydrostatic effects are important.
The prediction of clad surface temperatures is important to the design and the safety anlaysis of nuclear reactor. The accurate prediction requires the detailed knowledge of the flow structure and heat transfer, which is complicate due to anisotropic turbulent phenomena. A two-equation model including anisotropic eddy viscosity model is applied to forecast the velocity distribution. And the temperature field is calculated with uniform wall heat flux. The Galerkin's weighted residual finite element method has been used to calculate the turbulent quantities right up to the wall. The numerical results show good agreement with available data and that turbulence anisotropy strongly affects on the mean flow and thus the temperature field. And Nu-P/D correlation is established for sodium coolant in close-packed equilateral triangular bundle in the P/D range of 1.05 to 1.30.
Burning characteristics of working uniform was studied in this paper experimentally. Initial ignition point was classified in three cases that is midpoint of sleeve (Sleeve case), front side midpoint of coat (Center case) and midpoint of trousers (Leg case). The results are as follows· The remained mass ratio was decreased in order of Leg case, Sleeve case, Center case. And the highest average temperature of surface was appeared in order of Sleeve case, Center case, Leg case. Maximum radiant heat flux during burning was appeared high in order of Sleeve case $(0.5\;W/cm^2)$, Center case $(0.45\;W/cm^2)$, Leg case $(0.44\;W/cm^2)$.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.1
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pp.24-30
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2006
Three liquid cooling heat exchangers for cooling of telecommunication equipment were designed and their cooling performances were tested. The liquid cooling heat exchangers had twelve rectangular channels $(5\times3 mm)$ with different flow paths of 1, 4, and 12. Silicon rubber heaters were used to provide heat flux to the test section. Heat input was varied from 75 to 400 W, while flow rate and inlet temperature of working fluid were altered from 1.2 to 4.0 liter/fin and from 15 to 3$30^{\circ}C$, respectively. The 4-path heat exchanger showed lower and more uniform average inner temperatures between heaters and the surface of heat exchanger than those of the others. To obtain optimal distribution of working fluid to each channels of liquid cooling heat exchangers, 2-3-2 and 4-3 type tube distributors were designed, and their distribution performances of working fluid were numerically and experimentally investigated. The distributor of the 2-3-2 type showed superior distribution performance compared with those of the 4-3 type distributor.
The interaction between the surface radiation and the mixed convection transport from an isolated thermal source, with a uniform surface heat flux input and located in a rectangular enclosure, is stuied numerically. The enclosure simulates a practical system such an air cooled electric device, where an air-stream flows through the openings on the two vertical walls. The heat source represents an electric component located in such an enclosure. The size of this cavity is $0.1[m]{\times}0.1[m]$. The inlet velocity is assumed as 0.07[m/s] and the inlet temperature is maintained as $27^{\circ}C$. The inflow is kept at a fixed position. Laminar, two dimensional flow is assumed, and the problem lies in the mixed convection regime, governed by buoyancy force and surface readiation. The significant variables include the location of the out-flow opening, of the heat source and the wall emissivity. The basic nature of the resulting interaction betwwn the externally induced air stream and the buoyancy-driven flow generated by the source is investigated. As a result, the best location of the heat source to make the active heat transfer is 0.075[m] from the left wall on the floor. The trends observed are also discussed in terms of heat removal from practical systems such as electric circuitry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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