Since the safety of nuclear power plant has been becoming a big social issue the exposure dose of radiation for workers has been one of the important factors concerning the safety problem. The existing calculation methods of radiation dose used in the planning of radiation work assume that dose rate does not depend on the location within a work space thus the variation of exposure dose by different work path is not considered. In this study, a modified numerical method was presented to estimate the exposure dose during radiation work in radwaste storage considering the effects of the distance between a worker and sources. And a new numerical algorithm was suggested to search the optimal work path minimizing the exposure dose in pre-defined work space with given radiation sources. Finally, a virtual work simulation program was developed to visualize the exposure dose of radiation doting radiation works in radwaste storage and provide the capability of simulation for work planning. As a numerical example, a test radiation work was simulated under given space and two radiation sources, and the suggested optimal work path was compared with three predefined work paths. The optimal work path obtained in the study could reduce the exposure dose for the given test work. Based on the results, tile developed numerical method and simulation program could be useful tools in the planning of radiation work.
The eigenvalue technique is introduced to overcome the problem of truncation errors caused by temporal discretization of numerical analysis. The eigenvalue technique is different from simulation in that only the space is discretized. The spatially discretized equation is diagonized and the linear dynamic system is then decoupled. The time integration can be done independently and continuously for any nodal point at any time. The results of eigenvalue technique are compared with the exact solution and FEM numerical solution. The eigenvalue technique is more efficient than the FEM to the computation time and the computer storage in the same conditions. This technique is applied to the solute transport analysis in nonuniform flow fields around underground storage caverns. This method can be very useful for time consuming simulations. So, a sensitivity analysis is carried out by using this method to analyze the safety of caverns from nearly located contaminant sources. According to the simulations, the reaching time from source to the nearest cavern may takes 50 years with longitudinal dispersivity of 50 m and transversal dispersivity of 5 m, respectively.
Moshari, Shahab;Nikseresht, Amir Hossein;Mehryar, Reza
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.219-235
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2014
With the development of the technology of underwater moving bodies, the need for developing the knowledge of surface effect interaction of free surface and underwater moving bodies is increased. Hence, the two-phase flow is a subject which is interesting for many researchers all around the world. In this paper, the non-linear free surface deformations which occur during the water-exit of a circular cylinder due to its buoyancy are solved using finite volume discretization based code, and using Volume of Fluid (VOF) scheme for solving two phase flow. Dynamic mesh model is used to simulate dynamic motion of the cylinder. In addition, the effect of cylinder mass in presence of an external force is studied. Moreover, the oblique exit and entry of a circular cylinder with two exit angles is simulated. At last, water-exit of a circular cylinder in six degrees of freedom is simulated in 3D using parallel processing. The simulation errors of present work (using VOF method) for maximum velocity and height of a circular cylinder are less than the corresponding errors of level set method reported by previous researchers. Oblique exit shows interesting results; formation of waves caused by exit of the cylinder, wave motion in horizontal direction and the air trapped between the waves are observable. In 3D simulation the visualization of water motion on the top surface of the cylinder and the free surface breaking on the front and back faces of the 3D cylinder at the exit phase are observed which cannot be seen in 2D simulation. Comparing the results, 3D simulation shows better agreement with experimental data, specially in the maximum height position of the cylinder.
A conservative finite-volume numerical method for unstructured grids with the cell-centered method has been developed for computing flow and heat transfer by combining the attractive features of the existing pressure-based procedures with the advances made in unstructured grid techniques. This method uses an integral form of governing equations for arbitrary convex polyhedra. Care is taken in the discretization and solution procedure to avoid formulations that are cell-shape-specific. A collocated variable arrangement formulation is developed, i.e. all dependent variables such as pressure and velocity are stored at cell centers. For both convective and diffusive fluxes the forms superior to both accuracy and stability are particularly adopted and formulated through a systematic study on the existing approximation ones. Gradients required for the evaluation of diffusion fluxes and for second-order-accurate convective operators are computed by using a linear reconstruction based on the divergence theorem. Momentum interpolation is used to prevent the pressure checkerboarding and a segregated solution strategy is adopted to minimize the storage requirements with the pressure-velocity coupling by the SIMPLE algorithm. An algebraic solver using iterative preconditioned conjugate gradient method is used for the solution of linearized equations. The flow analysis code (PowerCFD) developed by the present method is evaluated for its application to several 2-D structured-mesh benchmark problems using a variety of unstructured quadrilateral and triangular meshes. The present flow analysis code by using unstructured grids with the cell-centered method clearly demonstrate the same accuracy and robustness as that for a typical structured mesh.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1940-1954
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1992
Fine grid computations were attempted to analyze the turbulent flows in the near wall low Reynolds number region and the numerical analyses were incorporated by a finite-volume discretization with full find grid system and low Reynolds number k-.epsilon. model was employed in this region. For the improvement of low Reynolds number k-.epsilon. model, modification coefficient of eddy viscosity $f_{\mu}$ was derived as a function of turbulent Reynolds number $R_{+}$ and nondimensional length $y^{+}$ from the concept of two length scales of dissipation rate of turbulent kinetic energy. The modification coefficient $f_{\epsilon}$ in .epsilon. transport equation was also derived theoretically. In the turbulent kinetic energy equation, pressure diffusion term was added in order to consider low Reynolds number region effect. The main characteristics of this low Reynolds number k-.epsilon. model were founded as : (1) In high Reynolds number region, the present model has limiting behavior which approaches to the high Reynolds number model. (2) Present low Reynolds number k-.epsilon. model dose not need additional empirical constants for the transport equations of turbulent kinetic energy and dissipation of turbulent kinetic energy in order to consider wall effect. Present low Reynolds number turbulence model was tested in the pipe flow and obtained improved results in velocity profiles and Reynolds stress distributions compared with those from other k-.epsilon. models.s.s.
A series of parametric investigations are performed in order to resolve the flow characteristic of a Quebec city stoker incinerator. The parameters considered in this study are five internal configurations of the Quebec city stoker itself and its modified ones, primary air velocity, the injection velocity and angle of the secondary air, and the reduction of the stoker exit area. A control-volume based finite-difference method by Patankar together with the power-law scheme is employed for discretization. The resolution of the pressure-velocity coupling is made by the use of SIMPLEC algorithm. The standard, two equation, k-$\varepsilon$ model is incorporated for the closure of turbulence. The size of recirculation region, turbulent viscosity, the mass fraction of the secondary air and pressure drop are calculated in order to analyze the characteristics of flow field. The results are physically acceptable and discussed in detail. The flow field of the Quebec city stoker shows the strong recirculation zone together with the high turbulence intensity over the upper part of the incinerator.
Lazzari, Paula M.;Filho, Americo Campos;Lazzari, Bruna M.;Pacheco, Alexandre R.
Computers and Concrete
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v.20
no.3
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pp.319-327
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2017
Studying the structural behavior of prestressed segmented girders is quite important due to the large use this type of solution in viaducts and bridges. Thus, this work presents a nonlinear three-dimensional structural analysis of an externally prestressed segmented concrete girder through the Finite Element Method (FEM), using a customized ANSYS platform, version 14.5. Aiming the minimization of the computational effort by using the lowest number of finite elements, a new viscoelastoplastic material model has been implemented for the structural concrete with the UPF customization tool of ANSYS, adding new subroutines, written in FORTRAN programming language, to the main program. This model takes into consideration the cracking of concrete in its formulation, being based on fib Model Code 2010, which uses Ottosen rupture surface as the rupture criterion. By implementing this new material model, it was possible to use the three-dimensional 20-node quadratic element SOLID186 to model the concrete. Upon validation of the model, an externally prestressed segmented box concrete girder that was originally lab tested by Aparicio et al. (2002) has been computationally simulated. In the discretization of the structure, in addition to element SOLID186 for the concrete, unidimensional element LINK180 has been used to model the prestressing tendons, as well as contact elements CONTA174 and TARGE170 to simulate the dry joints along the segmented girder. Stresses in the concrete and in the prestressing tendons are assessed, as well as joint openings and load versus deflection diagrams. A comparison between numerical and experimental data is also presented, showing a good agreement.
The simulator for the analysis of the lattice temperature under the steady-state condition is developed. The heat flow equation using the Slotboom variables is discretized and the integration method of the thermal conductivity without using the numerical analysis method is presented. The simulations are executed on the $N^+P$ junction diode and BJT to verify the proposed method. The average relative error of the lattice temperature of $N^+P$ diode compared with DAVINCI is 2% when 1.4[V] forward bias is applied and the average relative error of the lattice temperature of BJT compared with MEDICI is 3% when 5.0[V] is applied to the collector contact and 0.5[V] is applied to the base contact. BANDIS using the proposed method of integration of thermal conductivity needs 3.45 times of matrix solution to solve one bias step and DAVINCI needs 5.1 times of matrix solution MEDICI needs 4.3 times of matrix solution.
An aim of the study is to develop an efficient numerical simulation technique that can handle the two-scale analysis of fluid permeation filters fabricated by the partial sintering technique of small spherical ceramics. A solid-fluid mixture homogenization method is introduced to predict the mechanical characters such as rigidity and permeability of the porous ceramic filters from the micro-scale geometry and configuration of partially-sintered particles. An extended finite element (X-FE) discretization technique based on the enriched interpolations of respective characteristic functions at fluid-solid interfaces is proposed for the non-interface-fitted mesh solution of the micro-scale analysis that needs non-slip condition at the interface between solid and fluid phases of the unit cell. The homogenization and localization performances of the proposed method are shown in a typical two-dimensional benchmark problem whose model has a hole in center. Three-dimensional applications to the body-centered cubic (BCC) and face-centered cubic (FCC) unit cell models are also shown in the paper. The 3D application is prepared toward the computer-aided optimal design of ceramic filters. The accuracy and stability of the X-FEM based method are comparable to those of the standard interface-fitted FEM, and are superior to those of the voxel type FEM that is often used in such complex micro geometry cases.
Jang D. S.;Park B. S.;Kim B. S.;Lee E. J.;Song W. Y.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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1996.05a
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pp.58-67
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1996
This paper describes some computational results of various energy and environmental systems using Patankar's SIMPLE method. The specific topics handled in this study are jet bubbling reactor for flue gas desulfurization, cyclone-type afterburner for incineration, 200m tall stack for 500 MW electric power generation, double skin and heat storage systems of building energy saving for the utilization of solar heating, finally turbulent combustion systems with liquid droplet or pulverized coal particle. A control-volume based finite-difference method with the power-law scheme is employed for discretization. The pressure-velocity coupling is resolved by the use of the revised version of SIMPLE, that is, SIMPLEC. Reynolds stresses are closed using the standard $k-{\varepsilon}$ and RNG $k-{\varepsilon}$ models. Two-phase turbulent combustion of liquid drop or pulverized coal particle is modeled using locally-homogeneous, gas-phase, eddy breakup model. However simple approximate models are incorporated for the modeling of the second phase slip and retardation of ignition without consideration of any detailed particle behavior. Some important results are presented and discussed in a brief note. Especially, in order to make uniform exit flow for the jet bubbling reactor, a well-designed structure of distributor is needed. Further, the aspect ratio in the double skin system appears to be one of important factors to give rise to the visible change of the induced air flow rate. The computational tool employed in this study, in general, appears as a viable method for the design of various engineering system of interest.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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