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.
Kaang, Helen H.;Ryu, Chang-Mo;Mok, Chinook;Rha, Ki-Cheol
Bulletin of the Korean Space Science Society
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2011.04a
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pp.29.3-29.3
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2011
The turbulence in the nonlinear regime of the electromagnetic ion-cyclotron (EMIC) instability are investigated via a particle-in-cell (PIC) simulation. EMIC instability arises from anisotropic ion temperature and excites the Alfven ion-cyclotron (AIC) waves. The excited AIC waves undergo inverse-cascade via the nonlinear wave interaction of two AIC and one ion density modes. Induced ion density modes are the normal and second harmonic ion-acoustic (IA) waves. They have the same group velocity, but the second harmonic IA mode only generates the longitudinal electric field.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.1175-1188
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1988
Linear estimation in isotropic turbulence is examined to approximate conditional averages in the form of fluctuating velocity fields conditioned on local velocity. The conditional flow fields and their associated vorticity field are computer using experimental data [Van Atta and Chen] and energy spectrum model [Driscoll and Kennedy]. It appears that ring vorticies could be the dominant structure. Due to the extremely large vorticity in the viscous region of a conditional ring vortex, the energy spectrum model can be used appropriately by changing the Reynolds number. The hairpin vortex could be detected by combining vorticies in isotropic field with an anisotropic orientation imbedded in uniform mean shear flow and this is consistent with other studies [Kim and Moin].
Anisotropic distribution of the turbulent kinetic energy and the near-field excitations are the main causes of the steady state Flow-Induced Vibration (FIV) which could lead to fretting wear damage in vertically arranged supported slender rods. In this article, a combined Computational Fluid Dynamics (CFD) and Computational Structural Mechanic (CSM) approach named two-way Fluid-Structure Interaction (FSI) is used to investigate the modal characteristics of a typical rod's vibration. Performance of an Unsteady Reynolds-Average Navier-Stokes (URANS) and Large Eddy Simulation (LES) turbulence models on asymmetric fluctuations of the flow field are investigated. Using the LES turbulence model, any large deformation damps into a weak oscillation which remains in the system. However, it is challenging to use LES in two-way FSI problems from fluid domain discretization point of view which is investigated in this article as the innovation. It is concluded that the near-wall meshes whiten the viscous sub-layer is of great importance to estimate the Root Mean Square (RMS) of FIV amplitude correctly as a significant fretting wear parameter otherwise it merely computes the frequency of FIV.
The objective of this study is to develop an accurate and robust two-dimensional finite element method for turbulence simulation in open channels. The model is based on Streamline Upwind/Petrov-Galerkin finite element method and Boussinesq's eddy viscosity theory. The method developed in the study is depth-averaged mixing length model which assumes anisotropic and local equilibrium state of turbulence. The model calibration and validation were performed by comparing with analytical solutions and observed data. Several numerical simulations were carried out, which examined the performance of the turbulence model for the purpose of sensitivity analysis. The uniform channels that appear horizontal flow and vertical flow were carried out. The model was also applied to the Han river was in for the applicability test. The results were compared with the observed data. The suggested model displayed reasonable flow distribution compare to the observed data in natural river flow. As a result of this study, the two-dimensional finite element model provides a reliable results for flow distribution based on the turbulence simulation in open channels.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.5
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pp.1023-1031
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1989
An experimental study is conducted to investigate the turbulent wake flow around tubes in vertical single row tube banks. All measurements are performed at Reynolds number(Re$_{max}$) 4.2*10$_{3}$ - 2.5*10$_{4}$ with varying tube spacings from the wide pitch ratio(H/D=3.07) to the very narrow one(H/D=1.23). Flow patterns are visualized using the smoke-wire method. Mean static pressures, velocity components, and various statistical quantities of turbulence are obtained by the computer on-line technique. In the case of wide tube spacings, the near wakes of tube show similar trends to those of a single tube, and their flow indicats an anisotropic turbulence. However, as the pitch ratio decreases, wide and narrow wakes appear alternately behind adjacent tubes due to the deflected flow. Also, in the case of H/D .leq. 1.54, Karman vortex is not formed at the side of relatively wide wake.e.
Cruz Y. Li;Xisheng Lin;Gang Hu;Lei Zhou;Tim K.T. Tse;Yunfei Fu
Wind and Structures
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v.37
no.3
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pp.191-209
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2023
This work investigates the subcritical free-shear prism wake at Re=22,000 by the Koopman analysis using the Dynamic Mode Decomposition (DMD) algorithm. The Koopman model linearized nonlinearities in the stochastic, homogeneous anisotropic turbulent wake, generating temporally orthogonal eigen tuples that carry meaningful, coherent structures. Phenomenological analysis of dominant modes revealed their physical interpretations: Mode 1 renders the mean-field dynamics, Modes 2 describes the roll-up of the Strouhal vortex, Mode 3 describes the Bloor-Gerrard vortex resulting from the Kelvin-Helmholtz instability inside shear layers, its superposition onto the Strouhal vortex, and the concurrent flow entrainment, Modes 6 and 10 describe the low-frequency shedding of turbulent separation bubbles (TSBs) and turbulence production, respectively, which contribute to the beating phenomenon in the lift time history and the flapping motion of shear layers, Modes 4, 5, 7, 8, and 9 are the relatively trivial harmonic excitations. This work demonstrates the Koopman analysis' ability to provide insights into free-shear flows. Its success in subcritical turbulence also serves as an excellent reference for applications in other nonlinear, stochastic systems.
Turbulent mixing in buoyant flows is an essential mechanism involved in many scenarios related to nuclear safety in nuclear power plants. Comprehensive understanding and accurate predictions of turbulent buoyant flows in the reactor are of crucial importance, due to the function of mitigating the potential detrimental consequences during postulated accidents. The present study uses URANS methodology to investigate the buoyancy-influenced flows in the reactor pressure vessel under the main steam line break accident scenarios. With a particular focus on the influence of turbulent heat flux closure models, various combinations of two turbulence models and three turbulent heat flux models are utilized for the numerical simulations of three ROCOM tests which have different characteristic features in terms of the flow rate and fluid density difference between loops. The simulation results are compared with experimental measurements of the so-called mixing scalar in the downcomer and at the core inlet. The study shows that the anisotropic turbulent heat flux models are able to improve the accuracy of the predictions under conditions of strong buoyancy whilst in the weak buoyancy case, a major role is played by the selected turbulence models with essentially a negligible influence of the turbulent heat flux closure models.
Some multidimentional generalizations of the Fokker-Planck Equation used by Friedrich and Peinke for description of a turbulent cascade was solved by A.A.Donkov, A.D.Donkov, and G.I.Grancharova. The solutions are two types, isotropic and anisotropic diffusion case. We introduce their methods to solve the Equation and solutions. Furthermore we get the more generalized exact solution as combination of two cases and plot to compare those to experimental results for the isotropic case.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.1
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pp.42-53
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2008
The two dimensional PIV (particle image velocimetry) measurement technique is applied to water flow in a narrow cavitation tunnel. The nearly homogeneous and isotropic turbulent flows are generated by the honeycomb installed in the tunnel and visualized with a PIV technique. The velocities in the measurement plane at the tunnel centerline 184cm downward from the honeycomb were measured and calculated by an image correlation technique. The turbulent properties are evaluated and each term in the turbulent kinetic energy equation is calculated for the conditions with different internal pressures. Lowering the internal pressure gives an effect on the turbulent flow due to growing bubbles which are resolved in the water. The turbulent kinetic energy in the measurement plane is decayed much slower than those of other research results carried out with wind tunnels. With decreasing the tunnel internal pressures the turbulent intensities are increased about 1.5 times and the anisotropic tendency is also increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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