In industrial and fluid handling systems, frequently the protective film forming materials suffer from severe corrosion due to microbial effects. As an example, various micro-organisms, including bacteria, exist in seawater normally fed to power and desalination plants. Unless seawater intakes are properly disinfected to control these microbial organisms, biological fouling and microbial induced corrosion (MIC) will be developed. This problem could destroy metallic alloys used for plant construction. Seawater intakes of cogeneration plants are usually disinfected by chlorine gas or sodium hypochlorite solution. The dose of disinfectant is designed according to the level of contamination of the open seawater in the vicinity of the plant intake. Higher temperature levels, lower pH, reduced flow velocity and oxidation potential play an important role in the enhancement of microbial induced corrosion and bio-fouling. This paper describes, in brief, the different types of bacteria, mechanisms of microbiological induced corrosion, susceptibility of different metal alloys to MIC and possible solutions for mitigating this problem in industry. A case study is presented for the power plant steam condenser at Al-Taweelah B-station in Abu Dhabi. The study demonstrates resistance of Titanium tubes to MIC.
The present study is to assess the applicability of the best-estimate thermal-hydraulic code, MARS 1.4, for the analysis of thermal-hydraulic behavior in PWRs during natural circulation conditions. The code simulates a natural circulation test, BETHSY test 4. la, which was conducted on the integral test facility of BETHSY. The test represented the cooling states of the primary cooling system under single-phase natural circulation, two-phase natural circulation and the reflux condensation mode with conditions corresponding to the residual power, 2% of the rated core power value and 6.8 MPa at the secondary system. Based on MARS 1.4 calculations, the major thermal-hydraulic behaviors during natural circulation are evaluated and the differences between the experimental data and calculated results are identified. The calculated results show generally good behavior with regard to the experimental results; the region of single-phase natural circulation is 100-92% of the initial mass inventory, two-phase natural circulation is 84-63 %, and the reflux condensation mode occurred below 58 %. U-tubes empty and the core uncovery are obtained at 39 % and 34 % of the initial mass inventory, respectively.
To improve the accuracy and safety of irradiation tests in High flux Advanced Neutron Application ReactOr (HANARO), the nuclear energy deposition rate, which is called nuclear heating, was estimated for an irradiation capsule with an iridium sample in the irradiation hole in order. The gamma rays emitted from the radioisotopes (RIs) of the structural materials such as flow tubes of fuel assemblies and heavy water reflector tank were considered as radiation source. Using the ORIGEN2.1 code, emission rates of delayed gamma rays were calculated in consideration of the activation procedure for 8 years and 2 months of HANARO operation. Calculated emission rates were used as a source term of delayed gamma rays in the MCNP6 code. By using the MCNP code, the nuclear heating rates of the irradiation capsules in the inner core, outer core, and heavy water reflector tank were estimated. Calculated nuclear heating in the inner core, outer core, and heavy water reflector tank were 200-260 mW, 80-100 mW, and 10 mW, respectively.
Wanninger, Andreas;Seidl, Marcus;Macian-Juan, Rafael
Nuclear Engineering and Technology
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제50권2호
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pp.297-305
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2018
Fuel assembly (FA) bow in pressurized water reactor (PWR) cores is considered to be a complex process with a large number of influencing mechanisms and several unknowns. Uncertainty and sensitivity analyses are a common way to assess the predictability of such complex phenomena. To perform such analyses, a structural model of a row of 15 FAs in the reactor core is implemented with the finite-element code ANSYS Mechanical APDL. The distribution of lateral hydraulic forces within the core row is estimated based on a two-dimensional Computational Fluid Dynamics model with porous media, assuming symmetric or asymmetric core inlet and outlet flow profiles. The influence of the creep rate on the bow amplitude is tested based on different creep models for guide tubes and fuel rods. Different FA initial states are considered: fresh FAs or FAs with higher burnup, which may be initially straight or exhibit an initial bow from previous cycles. The simulation results over one reactor cycle demonstrate that changes in the creep rate and the hydraulic conditions may have a considerable impact on the bow amplitudes and the bow patterns. A good knowledge of the specific creep behavior and the hydraulic conditions is therefore crucial for making reliable predictions.
To predict the deformation and fracture during tube expansion using the finite element (FE) method, a material model is considered that incorporates the damage evolution due to the deformation. In the current study, a Rice-Tracey model was used as the damage model with inclusion of the hydrostatic stress term. Since OFHC Cu is not significantly affected by strain rate, a Hollomon flow stress model was used. The material parameters in each model were obtained by using an optimization method. The objective function was defined as the difference between the experimental measurements and FE simulation results. The parameters were determined by minimizing the objective function. To verify the validity of the FE modeling, cross-verification was conducted through a tube expansion test. The simulation results show reasonable agreement with the experiments. The design for a minimum diameter of expansion tube using the FE modeling was verified by a simplified tube expansion test and simulation results.
Condenser tube which is used for a cooling system of automobiles is mainly manufactured by conform extrusion. However, direct extrusion using porthole die in comparison with conform extrusion has many advantages such as improvement of productivity, reduction of production cost etc. In general, the porthole die extrusion process is useful for manufacturing long tubes with hollow sections and consists of three stages(dividing, welding and forming stages). Especially, Porthole die for producing condenser tube is very complex. Thus, in order to obtain the detailed mechanics, to assist in the design of proper die shapes and sizes, and to improve the quality of products, porthole die extrusion should be analyzed in as non-steady state as possible. This paper describes FE analysis of non-steady state porthole die extrusion for producing condenser tube with multi-hole through 3D simulation in the non-steady state during the entire process to evaluate detailed metal flow, temperature distribution, welding pressure and extrusion load. Also to validate FE simulation of porthole die extrusion, a comparison of simulation and experiment results was presented in this paper.
The performance of the cold latent heat storage is investigated by experiment and by a simplified analytic approach. The heat storage tank has eight horizontal circular tubes and one path of refrigerant evaporating tube. The phase change material in the heat storage tank is water which is frozen by evaporating refrigerant of refrigeration system and melts by the warm air in the heat storage tank. In the experiment, the performance has been studied by the various conditions including the initial water temperature on solidification and flow rate and temperature of air. The rate of recovered heat has been simulated by a simplified model and the results shows a good agreement. In solidification process, initial water temperature causes time delay corresponding to the sensible heat and it is found that the shape of evaporator is important. In melting process, the recovered heat rate from the heat storage tank is proportional to $Re^{0.8}(T_{bi}-T_f)$ of air where $T_{bi}$ and $T_f$ indicate temperatures of inlet air and phase change, respectively. And the deminishing rate of the recovered heat is higher for the higher heat rate.
Among the various ground source heat pump systems, vertical-type heat pump systems have been distributed greatly. Most of the vertical-type ground source heat pump systems have been designed based on the Korean Ministry of Knowledge Economy Announcement in Korea. In this study, the design process of the vertical-type ground source heat pump system in the announcement was analyzed, and the effects of the design parameters on the ground loop heat exchanger were investigated. Borehole thermal conductivity was the highest dominant design parameter for ground loop heat exchangers. The borehole thermal conductivity was changed according to the pipe and grout thermal conductivity. For optimal design of the ground heat pump system, it is highly recommended that the design process in the announcement will be revised to adopt the various tubes and grout which have higher thermal conductivity. In addition, the certification standard for heat pump unit should be revised to develop the heat pump with a small flow rate.
Multi-dimensional analysis of reactor safety-KINS standard (MARS-KS) is a thermal-hydraulic code to simulate multiple design basis accidents in reactors. The code has been essential to assess nuclear safety, but has mainly focused on light water reactors, which are in the majority in South Korea. Few previous studies considered pressurized heavy water reactor (PHWR) applications. To verify the code applicability for PHWRs, it is necessary to develop MARS-KS input decks under various transient conditions. This study proposes an input model to simulate small-break loss of coolant accidents for PHWRs. The input model includes major equipment and experimental conditions for test B9802. Calculation results for selected variables during steady-state closely follow test data within ±4%. We adopted the Henry-Fauske model to simulate break flow, with coefficients having similar trends to integrated break mass and trip time for the power supply. Transient calculation results for major thermal-hydraulic factors showed good agreement with experimental data, but further study is required to analyze heat transfer and void condensation inside steam generator u-tubes.
Xu, Chen;Jing-Lei, Zhao;Gui-Lin, She;Yan, Jing;Hua-Yan, Pu;Jun, Luo
Steel and Composite Structures
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제45권5호
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pp.641-652
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2022
Fluid-conveying tubes are widely used to transport oil and natural gas in industries. As an advanced composite material, functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTRC) have great potential to empower the industry. However, nonlinear free vibration of the FG-CNTRC fluid-conveying pipe has not been attempted in thermal environment. In this paper, the nonlinear free vibration characteristic of functionally graded nanocomposite fluid-conveying pipe reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWNTs) in thermal environment is investigated. The SWCNTs gradient distributed in the thickness direction of the pipe forms different reinforcement patterns. The material properties of the FG-CNTRC are estimated by rule of mixture. A higher-order shear deformation theory and Hamilton's variational principle are employed to derive the motion equations incorporating the thermal and fluid effects. A two-step perturbation method is implemented to obtain the closed-form asymptotic solutions for these nonlinear partial differential equations. The nonlinear frequencies under several reinforcement patterns are presented and discussed. We conduct a series of studies aimed at revealing the effects of the flow velocity, the environment temperature, the inner-outer diameter ratio, and the carbon nanotube volume fraction on the nature frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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