We developed a preliminary CFD analysis methodology to predict a pressure build up due to hydrogen flame acceleration in the APR1400 IRWST on the basis of CFD analysis results for test data of hydrogen flame acceleration in a scaled-down test facility performed by Korea Atomic Energy Research Institute. We found out that ANSYS CFX-13 with a combustion model of the so-called turbulent flame closure and a model constant of A = 5.0, a grid model with a hexahedral cell length of 5.0 mm, and a time step size of $1.0{\times}10^{-5}$ s can be a useful tool to predict the pressure build up due to the hydrogen flame acceleration in the test results. Through the comparison of the simulated results with the test results, we found out that the proposed CFD analysis methodology enables us to predict the peak pressure within an error range of about ${\pm}29%$ for the hydrogen concentration of 19.5%. However, the error ranges of the peak pressure for the hydrogen concentration of 15.4% and 18.6% were about 66% and 51%, respectively. To reduce the error ranges in case of the hydrogen concentration of 15.4% and 18.6%, some uncertainties of the test conditions should be clarified. In addition, an investigation for a possibility of flame extinction in the test results should be performed.
Hydrogen safety is one of important issues for future public usage of hydrogen. When hydrogen is released in a compartment, the occurrence of detonation must be prohibited. In order to evaluate the possibility of DDT (Deflagration to Detonation Transition) in the compartment with the hydrogen release, sigma-lambda criteria which were developed from experimental data are commonly used. But they give a little conservative results because they do not consider the detailed geometrical effect of the compartment. This is the main reason of the need to mechanistic combustion model for evaluation of hydrogen flame propagation and acceleration. In this study, sigma-lambda criteria and combustion model were systematically applied to evaluate a possibility of DDT in a IRWST compartment of APR1400 nuclear power plant during a hypothetical accident. A combustion model in an open source CFD code OpenFOAM has been applied for analyses of hydrogen flame propagation. The model was validated by evaluating the flame acceleration tests conducted in FLAME facility. And it was applied to evaluate the characteristics of a hydrogen flame propagation in the IRWST compartment of APR1400.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.847-864
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1988
The main purpose of this study is to investigate the local velocity acceleration in a boundary layer diffusion flame over a flat plate. In order to know the effect of separation on the local velocity acceleration, two typical cases, flows with and without separation, are considered. For these cases, flow visualization using paraffine smoke tracers has been made. Mean velocity and r.m.s. value of fluctuating velocity are measured by using a laser Doppler velocimeter. In addition, measurements of time-mean concentration and time-mean temperature have been made. Time-mean density profiles have been obtained from the data of concentration and temperature. The obtained results are summarized as follows : (1) In the case without separation, the local velocity acceleration is clearly observed near the visible flame zone for all flow conditions. On the while, in the case with serration, the local velocity acceleration is observed only at low free stream velocity and high fuel injection velocity. As increasing the free stream velocity or decreasing the fuel injection velocity, it is not distinctly observed in the mean velocity profile. (2) The r.m.s. value of fluctuating velocity is significantly decreased by combustion in the case with separation. But in the case without separation, the r.m.s. value is increased near the visible flame zone in comparison with cold flow. In both cases, the peak value of r.m.s. appeared just at the visible flame zone, where the mean velocity gradient is not too high.
The burning characteristics of interacting droplets with internal circulation in a convective flow are numerically investigated at various Reynolds numbers. The transient combustion of 2-dimensionally arranged droplets, both the fixed droplet distances of 5 radii to 40 radii horizontally and 4 radii to 24 radii vertically, is studied. The results obtained from the present numerical analysis reveal that the transient flame configuration and retardation of droplet internal motion with the horizontal or vertical droplet spacing substantially influence lifetime of interacting droplets. At a low Reynolds number, lifetime of the two droplets with decreasing horizontal droplet spacing increases monotonically, whereas their lifetime with decreasing vertical droplet spacing decreases due to flow acceleration. This flow acceleration effect is reversed when the vertical droplet spacing is smaller than 5 radii in which decreasing flame penetration depth causes the reduction of heat transfer from flame to droplets. At a high Reynolds number, however, lifetime of the first droplet is hardly affected by either the horizontal droplet spacing or flow acceleration effect. Lifetime with decreasing vertical droplet spacing increases due to reduction of flame penetration depth. Lifetime of interacting droplets exhibits a strong dependence on Reynolds number, the horizontal droplet spacing and the vertical droplet spacing and can be con-elated well with these conditions to that of single burning droplet.
In this paper we propose a turbojet engine controller based on fuzzy inference method. Fuel flow control input is designed by fuzzy inference in order to avoid surge and flame-out during acceleration and deceleration. Acceleration and deceleration demands are used as control commands, which can achieve effective performance without surge and flame-out.
Park, June-Sung;Park, Jeong;Lee, Kee-Man;Kim, Jeong-Soo;Kim, Sung-Cho
한국연소학회:학술대회논문집
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2007.05a
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pp.145-152
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2007
The dynamic behaviors of counterflow non-premixed flame have been investigated experimentally to study effects of heat losses on edge flame oscillation, which result from the advancing and retreating edge flame motion of outer flame edge at low strain rate flame. For low strain rate flame, lateral conduction heat loss in addition to radiation heat loss could be more remarkable than the others. Oscillatory instabilities appear at fuel Lewis number greater than unity. But excessive lateral conduction heat loss causes edge flame instability even at fuel Lewis number less than unity. The dramatic change of burner diameters in which flame length is an indicator of lateral conduction heat loss was applied to examine the onset condition of edge flame oscillation and flame oscillation modes. Especially, extinction behaviors quite different from the previous study were observed.
The dynamic behaviors of counterflow non-premixed flame have been investigated experimentally to study effects of heat losses and Lewis number on edge flame oscillation, which result from the advancing and retreating edge flame motion of outer flame edge at low strain rate flame. For low strain rate flame, lateral conduction heat loss in addition to radiation heat loss could be more remarkable than the others. Oscillatory instabilities appear at fuel Lewis number greater than unity. But excessive lateral conduction heat loss causes edge flame instability even at fuel Lewis number less than unity. The excessive heat loss caused by the smaller burner diameter in which the flame length is an indicator of lateral conduction heat loss extends the region of flame oscillation and accelerates oscillatory instability in comparison to the previous study with the burner diameter of 26mm. Extinction behaviors quite different from the previous study are also addressed.
In order to confirm the integrity of IRWST following a severe accident, the hydrogen behavior inside and around the IRWST has been investigated for an SBO accident. A detailed containment model, including 18 control volumes for IRWST, has been developed. Analysis results show that the peak hydrogen concentration is about 57% during the core melting period. The combustion regime shows that flame acceleration and DDT are possible in the IRWST. The flame acceleration criterion is met when the peak hydrogen concentration occurs; the 7 -DDT criterion is also met during some periods. These results show certain measures may be required to assure IRWST integrity against an SBO accident.
An investigation into the influence of ultrasonic standing wave on the structural behavior of propane/air premixed flame has been made to get a clue to the combustion reaction acceleration and combustion instability. Visualization technique utilizing the Schlieren photography was employed for the observation of structural variation of the flame reaction zone. Evolutionary characteristics of the flame front were caught by the high-speed Schlieren image, through which local flame velocity of the moving front were analyzed in detail.
An numerical study was conducted on superdetonative mode ram accelerator with length extended combustor. The computation condition was based on ISL's RAMAC30 II S225 experiment. For 50% length increased combustor, flame is not sustained. For the case of 60% and 70% increase, flame is successfully sustaind. But detonation wave is oscillating and acceleration is fluctuating. Extention of combustor is helpful for sustaing detonation wave but it may cause unstart.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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