This study addresses autonomous ship collision avoidance in narrow channels using curvilinear coordinates. Navigation in narrow channels or fairways is known to be much more difficult and challenging compared with navigation in the open sea. It is not straightforward to apply the existing collision avoidance framework designed for use in the open sea to collision avoidance in narrow channels due to the complexity of the problem. In this study, to generalize the autonomous navigation procedure for collision avoidance in narrow channels, we introduce a curvilinear coordinate system for collision-free path planning using a parametric curve, B-spline. To demonstrate the feasibility of the proposed algorithm, ship traffic simulations were performed and the results are presented.
Basit, Muhammad Abdul;Tian, Wenxi;Chen, Ronghua;Qiu, Suizheng;Su, Guanghui
Nuclear Engineering and Technology
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제51권8호
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pp.1886-1896
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2019
Modern small modular nuclear reactors can be built on a barge in ocean, therefore, their flow characteristics depend upon the ocean motions. In the present research, effect of rolling motion on flow and friction characteristics of laminar flow through vertical and horizontal narrow channels has been studied. A computer code has been developed using MPS method for two-dimensional Navier-Stokes equations with rolling motion force incorporated. Numerical results have been validated with the literature and have been found in good agreement. It has been found that the impact of rolling motions on flow characteristics weakens with increase in flow rate and fluid viscosity. For vertical narrow channels, the time averaged friction coefficient for vertical channels differed from steady friction coefficient. Furthermore, increasing the horizontal distance from rolling pivot enhanced the flow fluctuations but these stayed relatively unaffected by change in vertical distance of channel from the rolling axis. For horizontal narrow channels, the flow fluctuations were found to be sinusoidal in nature and their magnitude was found to be dependent mainly upon gravity fluctuations caused by rolling.
An adiabatic counter-current vertical two-phase flow of air and water in narrow rectangular channels with offset strip fm was investigated experimentally. Tests were systematically performed with downward liquid superficial velocities and upward gas velocities covering 0 to 0.06 m/s and 0 to 2.5 m/s ranges, respectively. Two-phase flow regimes were classified by examining the video images of flow patterns in transparent test sections of 760 mm long and 100 mm wide channel with gaps of 3.0 and 5.0 mm. The channel average void fraction was measured by the quick-closing valve method. Unlike the flow regimes in the channels without fin, where bubbly, slug, chum, and annular flow were identified, only bubbly and chum flow regimes were found for the channels with offset strip fin. However the existence of fin in the channels showed negligible effects on the void fraction. Instead counter-current flow limitations were found to happen at lower air superficial velocity once offset strip fin was introduced in narrow rectangular channels.
A study of counter-current two-phase flow in narrow rectangular channels has been performed. Two-phase flow regimes were experimentally studied in 760 mm long and 100 mm wide test sections with 2.0 and 3.0mm gaps. The resulting data have been compared to previous transition models. For the transition from bubbly to slug flow the superficial velocity of gas increased as the gap width increased. The comparison of experimental data to the transition model developed by Taitel and Barnea showed relatively good agreement for the bubbly-to-slug transition in the case of 2mm gap width. For the criteria of Mishima and Ishii to be applicable to the slug-to-churn transition the distribution parameter should be well defined for narrow channels. Even though the gap width of narrow channels increased the superficial gas velocity did not change for the transition form chum to annular flow regime. For the chum-to-annular transition the model of Taitel and Barnea showed discrepancies with experimental data, especially in the channel with larger gap.
항로표지는 항행하는 선박에 대하여 가항수역의 위치·방향 및 장애물의 위치 등을 알려주는 항행보조시설이다. 항로표지가 가항수역의 한계를 표시할 때에는 해당 수역을 처음 이용하는 항해자의 입장에서 편리하게 이용할 수 있도록 배치되어야 한다. 우리나라의 서남해안에는 지형적인 영향으로 많은 수의 좁은 수로가 형성되어 있으며, 좁은 수로를 따라 IALA 해상부표식에 따른 측방표지 및 방위표지 등이 배치되어 있다. 본 연구는 우리나라 서남해안 좁은 수로에 배치된 항로표지가 양식장 개발 등의 해상교통 환경 변화 이후, 선박운항 안전에 대한 역할을 제대로 수행하고 있는지 검토한 실증 사례 연구이다. 서남해안의 5가지 좁은 수로에 대한 사례 검토 결과, 항로표지가 표시하는 가항수역 상에 양식장이 분포하여 항로표지로서의 역할을 제대로 수행하지 못하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과로, 해당 항로표지의 종별 혹은 위치 변경, 양식장 표지의 설치, 해도상 양식장 위치 표기 등의 개선방안을 제시하였다.
Kim, Huiyung;Moon, Jeongmin;Hong, Dongjin;Cha, Euiyoung;Yun, Byongjo
Nuclear Engineering and Technology
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제53권6호
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pp.1796-1809
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2021
The subchannel of a research reactor used to generate high power density is designed to be narrow and rectangular and comprises plate-type fuels operating under downward flow conditions. Critical heat flux (CHF) is a crucial parameter for estimating the safety of a nuclear fuel; hence, this parameter should be accurately predicted. Here, machine learning is applied for the prediction of CHF in a narrow rectangular channel. Although machine learning can effectively analyze large amounts of complex data, its application to CHF, particularly for narrow rectangular channels, remains challenging because of the limited flow conditions available in existing experimental databases. To resolve this problem, we used four CHF correlations to generate pseudo-data for training an artificial neural network. We also propose a network architecture that includes pre-training and prediction stages to predict and analyze the CHF. The trained neural network predicted the CHF with an average error of 3.65% and a root-mean-square error of 17.17% for the test pseudo-data; the respective errors of 0.9% and 26.4% for the experimental data were not considered during training. Finally, machine learning was applied to quantitatively investigate the parametric effect on the CHF in narrow rectangular channels under downward flow conditions.
Counter-current two-phase flows of air- water in narrow rectangular channels with offset strip fins have been experimentally investigated in a 760 mm long and 100 mm wide test section with 3.0 and 5.0 mm gap widths. The two-phase flow regime, channel-average void fractions and two-phase pressure gradients were studied. Flow regime transition occurred at lower superficial velocities of air than in the channels without fins. In the bubbly and slug flow regimes, elongated bubbles rose along the subchannel formed by fins without lateral movement. The critical void fraction for the bubbly-to-slug transition was about 0.14 for the 3 mm gap channel and 0.2 for the 5 mm gap channel. respectively. Channel-average void fractions in the channels with fins were almost the same as those in the channels without fins. Void fractions increased as the gap width increased, especially at high superficial velocity of air. The presence of fins enhanced the two-phase distribution parameter significantly in the slug flow, where the effect of gap width was almost negligible. Superficial velocity of air dominated the two-phase pressure gradients. Liquid superficial velocity and channel gap width has only a minor effect on the pressure gradients.
Narrow rectangular channels are employed in nuclear research reactors that use plate-type nuclear fuels, high heat-flux compact heat exchangers, and high-performance micro-electronics cooling systems. Two-phase flow in narrow rectangular channels is important, and it needs to be better understood because it is considerably different than that in round tubes. In this study, mechanistic models were developed for the flow regime transition criteria for various flow regimes in co-current air-water two-phase flow for vertical downward flow inside a narrow rectangular channel. The newly developed criteria were compared to a flow regime map of downward air-water two-phase flow inside a narrow rectangular channel with a 2.35-mm gap width under ambient temperature and pressure conditions. Overall, the proposed model showed good agreement with the experimental data.
Flow and heat transfer characteristics of liquid nitrogen in narrow annular channels are very important for many practical applications. In the present study, the experimental investigation of flow boiling of liquid nitrogen in narrow annular channels with gap size of 0.2 and 0.5 mm is carried out. The pressure drop and heat transfer coefficients are experimentally measured. The comparison of the theoretical models for the pressure drop and the correlations of the flow boiling to the experimental results are carried out.
In this study, opposed flow combustion was re-visited in a narrow channel. Various flame behaviors were observed. Due to the confined structure of the combustor in this study, flame structures at very narrow strain rate could be stabilized and their characteristics were investigated. This study will be helpful to understand overall flame behavior of non-premixed flame in a narrow combustion space, and will also be useful to develop small combustors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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