The numerical simulations were conducted to investigate the thermal-fluid phenomena occurred inside the experimental apparatus during a PCCS, used to remove heat released in accidents from a containment of light water nuclear power plant, operation. Numerical simulations of the flow and heat transfer caused by wall condensation inside the containment simulation vessel (CSV), which equipped with 18 vertical heat exchanger tubes, were conducted using the commercial computational fluid dynamics (CFD) software ANSYS-CFX. Shear stress transport (SST) and the wall condensation model were used for turbulence closure and wall condensation, respectively. The simulation using the actual size of the apparatus. However, rather than simulating the whole experimental apparatus in consideration of the experimental cases, calculation resources, and calculation time, the simulation model was prepared only in CSV. Selective simulation was conducted to verify the effects of non-condensable gas(NC gas) concentration, CSV internal pressure, and wall sub-cooling conditions. First, as a result of the internal flow of CSV, it was observed that downward flow due to condensation occurred surface of the vertical tube and upward flow occurred in the distant place. Natural convection occurred actively around the heat exchanger tube. Due to this rising and falling internal flow, natural circulation occurred actively around the heat exchanger tubes. Next, in order to check the performance of built-in condensation model using according to the non-condensable gas concentration, CSV internal flow and wall sub-cooling, the heat flux values were compared with the experimental results. On average, the results were underestimated with and error of about 25%. In addition, the influence of CSV internal pressure and wall sub-cooling was small, but when the condensate was highly generated due to the low non-condensable gas concentration, the error was large compared to the experimental values. This is considered to be due to the nature of the condensation model of the CFX code. However, in spite of the limitations of CFD, it is valid to use the built-in condensation model of CFD for PCCS performance prediction from a conservative perspective.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1069-1078
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2013
Recently, condensation heat exchangers have been studied for applications to the passive cooling systems of nuclear plants. To design vertical-type condensation heat exchangers in secondary passive cooling systems, TSCON (Thermal Sizing of CONdenser), a thermal sizing program for a condensation heat exchanger, was developed at KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute). In this study, the existing condensation heat transfer correlation of TSCON was evaluated using 1,157 collected experimental data points from the heat exchanger of a secondary passive cooling system for the case of pure steam condensation. The investigation showed that the Shah correlation, published in 2009, provided the most satisfactory results for the heat transfer coefficient with a mean absolute error of 34.8%. It is suggested that the Shah correlation is appropriate for designing a condensation heat exchanger in TSCON.
This study concerns the performance of condensation heat transfer in plain and grooved thermosyphons. Distilled water, methanol, ethanol have been used as the working fluids. In the present work, a copper tube of the length of 1200mm and 14.28mm of inside diameter is used as the container of the thermosyphon. Each of the evaporator and the condenser section has a length of 550mm, while the remaining part of the thermosyphon tube is adiabatic section. A study was carried out with the characteristics of heat transfer of the thermosyphon 50, 60, 70, 80, 90 helical grooves in which boiling and condensation occur. The liquid filling as the ratio of working fluid volume to total volume of thermosyphon, the kinds of working fluid, the inclination angle, grooves and operating temperature have been used as the experimental parameters. The experimental results show that the number of grooves, the amount of the working fluid, the kind of working fluid, angle of inclination angle are very important factors for the operation of thermosyphon. The maximum heat transfer was obtained when the liquid fill was about 20 to 25 % of the thermosyphon volume. The relatively high rates of heat transfer have been achieved in the thermosyphon with grooves. The helical grooved thermosyphon having 70 to 80 grooves in water, 60 to 70 grooves in methanol and 70 to 80 grooves in ethanol shows the best heat transfer coefficient in both condensation.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.16
no.2
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pp.257-270
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2004
The two-phase closed thermosyphon is a heat transfer device capable of transfer large quantities of heat from a source to a sink by taking advantage of the high heat transfer rates associated with the evaporation and condensation of a working fluid within the device. A study was carried out with the performance of the heat transfer of the thermosyphon having 50, 60, 70, 80, 90 internal micro grooves in which boiling and condensation occur. A plain thermosyphon having the same inner and outer diameter as the grooved thermosyphon is also tested for comparison. Water, methanol and ethanol have been used as the working fluids. The liquid filling as the ratio of working fluid volume to total volume of thermosyphon, the inclination angle, micro grooves and operating temperature have been used as the experimental parameters. The heat flux and the boiling and the condensation heat transfer coefficient and overall heat transfer coefficient at the condenser and evaporator zone are estimated from the experimental results. The experimental results have been assessed and compared with existing correlations. Imura's and Kusuda's correlation for boiling showed in good agreement with experimental results within ${\pm}20$% in plain thermosyphon. The maximum heat transfer rate was obtained when the liquid fill ratio was about 25%. The high heat transfer coefficient was found between 25o and 30o of inclination angle for water and between 20o and 25o for methanol and ethanol. The relatively high rates of heat transfer have been achieved in the thermosyphon with internal micro grooves. The micro grooved thermosyphon having 60 grooves shows the best heat transfer coefficient in both condensation and boiling. The maximum enhancement (i.e. the ratio of the heat transfer coefficients of the micro grooved thermosyphon to plain thermosyphon) is 2.5 for condensation and 2.3 for boiling.
Kong Hosung;Yoon Eui-Sung;Han Hung-Gu;Kim Hak Yeul
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2004.11a
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pp.130-136
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2004
Presence of water in the lubricating oils could be one of the first indicators of potentially expensive and possibly catastrophic failure of the machine as it may cause displace the oil films to prevent the lubrication function of the oil or chemically react with many oil additives resulting in the oil degradation. In order to detect water content quantitatively in lubricating oils many methods and sensors has been developed. Among these, capacitive sensors including sensitive layer, whose dielectric factor changes according to the water content absorbed in the layer, are proposed mainly in the market. But these sensors are not sensitive to a high water content. Besides, the absorbing layer soils in time. In this work, an evaporation of water moisture from oil into air volume above lubricant surface and condensation of water vapor at a cooling surface was used to measure water content quantitatively in an lubricating oil. Laboratory test results of a prototype sensor were presented. Test results showed that the proposed method could be avaliable to measure a low levels of oil moisture.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.2
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pp.180-186
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2001
The condensation heat transfer coefficients of pure refrigerants R-22, R-134a, and a binary refrigerant mixture R-410A flowing in a small diameter tube were investigated. The experiment apparatus consists of a refrigerant loop and a water loop. The main components of the refrigerant loop consist of a variable-speed pump, a mass flowmeter, an evaporator, and a condenser(test section). The water loop consists of a variable-speed pump, an isothermal tank, and a flowmeter. The condenser is a counterflow heat exchanger with refrigerant flowing in the inner tube and water flowing in the annulus. The test section consists of smooth, horizontal copper tube of 3.38mm outer diameter and 1.77mm inner diameter. The length of test section is 1220mm. The refrigerant mass fluxes varied from 450 to 1050kg/(㎡$.$s) and the average inlet and outlet qualities were 0.05 and 0.95, respectively. The main results were summarized as follows ; in the case of single-phase flow, the heat transfer coefficients increase with increasing mass flux. The heat transfer coefficient of R-410A was higher than that of R-22 and R-134a, and the heat transfer for small diameter tubes were about 20% to 27% higher than those predicted by Gnielinski. In the case of two-phase flow, the heat transfer coefficients also increase with increasing mass flux and quality. The condensation heat transfer coefficient of R-410A was slightly higher than that of R-22 and R-134a. Most of correlations proposed in the large diameter tube showed significant deviations with experimental data except for the ranges of low quality and low mass flux.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.14
no.8
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pp.656-663
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2002
Flow condensation heat transfer coefficients (HTCs) of R22, R134a, R407C, and R410A were measured on horizontal plain and microfin tubes. The experimental apparatus was composed of three main parts; a refrigerant loop, a water loop and a water/glycol loop. The test section in the refrigerant loop was made of both a plain and a microfin copper tube of 9.52 mm outside diameter and 1.0 m length. The refrigerant was cooled by passing cold water through an annulus surrounding the test section. Tests were performed at a fixed refrigerant saturation temperature of $40^{\circ}C$ with mass fluxes of 100, 200, and 300 kg/$m^2s$. Test results showed that at similar mass flux the flow condensation HTCs of R134a were similar to those of R22 for both plain and microfin tubes. On the other hand, HTCs of R407C were lower than those of R22 by 11~l5% and 23~53% for plain and microfin tubes respectively. And HTCs of R410A were similar to those of R22 for a plain tube but lower than those of R22 by 10~21% for a microfin tube. In general, HTCs of a microfin tube were 2.0~3.0 times higher than those of a plain tube.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.27
no.1
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pp.108-116
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2003
In this paper, the experimental results of condensation heat transfer were reported for the plate and shell heat exchangers(P&SHE) using R-l34a. An experimental refrigerant loop has been established to measure the condensation heat transfer coefficient of R-l34a in a vertical P&SHE. Two vertical counter flow channels were formed in the P&SHE by three plates of geometry with a corrugated trapezoid shape of a chevron angle of 45$^{\circ}$. Downflow of the condensing R-l34a in one channel releases heat to the cold up flow of water in the other channel. The effect of the refrigerant mass flux, average heat flux, system pressure and vapor quality of R-l34a on the measured data were explored in detail. The results indicate that at a higher vapor quality the condensation heat transfer coefficients are significantly higher. Condensation heat transfer coefficients were increased when the refrigerant mass flux was increased. A rise in the average heat flux causes an slight increase in the hr. Finally, at a higher system pressure the hr is found to be lower. Correlation is also provided for the measured heat transfer coefficients in terms of the Nusselt number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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