High fidelity nuclear reactor fuel assembly simulation using CFD method is an effective way for the structure design and optimization. The validated models and user practice guidelines play critical roles in achieving reliable results in CFD simulations. In this paper, the international benchmark MATiS-H is studied carefully and the best user practice guideline is achieved for the rod bundles simulation. Then a 5 × 5 rod bundles model in the advanced pressurized water reactor (PWR) is established and the detailed three-dimensional thermal-hydraulic characteristics are investigated. The influence of spacer grids and mixing vanes on the flow and hear transfer in rod bundles is revealed. As the coolant flows through the spacer grids and mixing vanes in the rod bundles, the drastic lateral flow would be induced and the pressure drop increases significantly. In addition, the heat transfer is enhanced remarkably due to the strong mixing effects. The calculation results could provide meaningful guidelines for the design of advanced PWR fuel assembly.
Industrial agitators are used in various industrial fields where they are necessary to intimately mix two reactants in a short period of time. However, despite their widespread use, complex unsteady flow characteristics of industrial agitators are not systematically investigated. The present study alms for clarify unsteady flow characteristics induced by various impellers in a tank. Impellers are pitched blade turbine(PBT) types, Screw type and Rushton turbine type. In this study flow characteristics of the impeller using CFD. The rotating speed of impellers fixed about 100RPM. These three types of Impeller show that typical flow characteristics of axial turbine and suitable for mixing powder
Mixers are used in various industrial fields where it is necessary to intimately mix two reactants in a short period of time. However, despite their widespread use, complex unsteady flow characteristics of industrial mixers are not systematic investigated. The present study aimed to clarify unsteady flow characteristics induced by various impellers in a tank. Impellers are pitched blade turbine and neo-hydrofoil turbine types. A high speed CCD camera and an Ar-Ion laser for illumination were adopted to clarify the time-dependent flow characteristics of the mixers. The rotating speed of impellers increased from 6Hz to 60Hz by 6Hz. The maximum velocity around PBT impeller is higher than the hydrofoil type impeller. These two types of turbine shows that typical flow characteristics of axial turbine and suitable for mixing high -viscosity materials.
Although the motion of the three-phase contact line on a solid substrate has been extensively studied thus far, the understanding of the dynamics of the contact line of liquid/liquid/gas phases is far from complete. Here we deposit a drop of isopropyl alcohol (IPA) on water and HFE-7100 whose free surfaces are exposed to air to observe the flow field around the contact line. By combining the shadowgraph and high-speed imaging techniques, we find that vortices are spontaneously generated at the contact line, which grow in size with time. The flow is attributed to the Marangoni stress that pulls a liquid of lower-surface tension toward a liquid surface having a higher surface tension. However, it is not still clear why the entrained lower-surface-tension liquid should whirl rapidly beneath the contact line. We also visualize the flow by the particle image velocimetry (PIV) to find out that the rotational velocity reaches the order of 1 mm/s near the free surface.
The crossflow is the key phenomenon in turbulent flow inside rod bundles. In order to establish confidence on application of computational fluid dynamics (CFD) to simulate the crossflow in rod bundles, three Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) models i.e. the realizable k-ε model, the k-ω SST model and the Reynolds stress model (RSM), and the Large Eddy simulations (LES) with the Wall-Adapting Local Eddy-viscosity (WALE) model are validated based on the Particle Image Velocimetry (PIV) flow measurement experiment in a 5 × 5 rod bundle. In order to investigate effects of periodic boundary condition in the gap, the numerical results obtained with four inner subchannels are compared with that obtained with the whole 5 × 5 rod bundle. The results show that periodic boundaries in the gaps produce strong errors far downstream of the spacer grid, and therefore the full 5 × 5 rod bundle should be simulated. Furthermore, it can be concluded, that the realizable k-ε model can only provide reasonable results very close to the spacer grid, while the other investigated models are in good agreement with the experimental data in the whole downstream flow in the rod bundle. The LES approach shows superiority to the RANS models.
Recently, many researches have been performed to improve performances of the combustion and emission in the D.I.Diesel engine. Especially reduction of the soot formation in tole combustion chamber is the essential to acquire the improvement of the emission performance. These emission of the diesel combustion is effected by the characteristics of air-fuel mixing. Thus, in this study, the distribution of soot in the diesel combustion is measured by LII(laser induced incandescence) and LIS(Laser induced scattering) method. From this experimental results, it is confirmed that the swirl flow intensified by SCV(swirl control valve) is effective on the reduction of soot in the combustion chamber.
A computational analysis using Reynolds stress model in FLUENT is conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan at design condition ($\phi$=0.25) and off-design condition ($\phi$=0.21 and 0.30). The roll-up of tip leakage flow starts near the minimum static wall pressure position, and the tip leakage vortex developes along the centerline of the pressure trough within the blade passages. Near tip region, a reverse flow induced by tip leakage vortex has a blockage effect on the through-flow. As a result, high momentum region is observed below the tip leakage vortex. As the blade loading increases, the reverse flow region is more inclined toward circumferential direction and the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream. Because the casing boundary layer becomes thicker, and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with blade loading increasing. The computational results show that a distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\phi$=0.30, but it is not observed at $\phi$=0.21 and 0.25.
Long and slender body, like a fuel rod, oscillating in axial flow can be unstabilized even by the small cross flow which can be activated by the flow mixer or turbulent generator. It is important to include these effects of flow disturbance in dynamic stability analysis of nuclear fuel rod. This work shows how eigen frequency of a multi-span fuel rod can be changed by the swirl flow, which is discretely generated by a flow mixer. By solving a state-space form of the eigenvalue equation for a multi-span fuel rod system, the critical velocity at which a fuel rod becomes unstable was calculated. Based on the simulation results, we evaluated how stability of a multi-spanned nuclear fuel rod with mixing vanes can be affected by the coolant flow in an operating reactor core.
Long and slender body with or without flexible supports under severe operating condition can be unstabilized even by the small cross flow. Turbulent flow mixer, which actually increases thermal-hydraulic performance of the nuclear fuel by boosting turbulence, disturbs the flow field around the fuel rod and affects dynamic behavior of the nuclear fuel rods. Few studies on this problem can be found in the literature because these effects depend on the specific natures of the support and the design of the system. This work shows how the dynamics of a multi-span fuel rod can be affected by the turbulent flow, which is discretely activated by a flow mixer. By solving a state-space form of the eigenvalue equation for a multi-span fuel rod system, the critical velocity at which a fuel rod becomes unstable was established. Based on the simulation results, we evaluated how stability of a multi-spanned nuclear fuel rod with mixing vanes can be affected by the coolant flow in an operating reactor core.
벤트 혼합기는 혼합기 후류에 존재하는 재순환 영역으로 공기를 유입시켜 연료-공기 혼합을 증대시키는 혼합기이다. Stereoscopic PIV기법을 통해 얻은 3차원 속도, 와류, 난류운동에너지를 토대로 계단형 혼합기를 기본 모델로 하여 벤트 혼합기의 성능을 분석하였다. 벤트 혼합기는 두터운 전단층으로 인해 높은 침투거리를 보였으며, 난류운동에너지는 주로 주유동과 제트유동의 경계면을 따라 분포하였다. 이 난류 영역은 혼합영역 내에서 활발히 물질전달을 일으키며, 혼합 증대를 가져온다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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