This paper presents a preliminary experimental and computational study on the evaluation of thermal performance and initial cost of U, W and coil type ground heat exchangers (GHEs). Heat exchange rate of the individual GHE was evaluated from the thermal resperformance test (TPT) results, and the construction cost was also calculated. For more information, GLD (ground loop design) simulations of various piping size are carried out. From simulation results, the optimized GHE was suggested based on the thermal performance and construction cost as well. Besides, the required borehole length of U and W type GHEs was calculated considering a real construction condition using GLD program.
Even though extensive researches have been performed for steam explosion due to their complex mechanisms and inherent uncertainties, establishment of severe accident management guidelines and strategies is one of state-of-the arts in nuclear industry. The goal of this research is primarily to examine effects of vessel failure modes and locations on nuclear facilities under typical steam explosion conditions. Both discrete and integrated models were employed from the viewpoint of structural integrity assessment of steel components and evaluation of the cracking and crushing in reinforced concrete structures. Thereafter, comparison of systematic analysis results was performed; despite the vessel failure modes were dominant, resulting maximum stresses at the all steel components were sufficiently lower than the corresponding yield strengths. Two failure criteria for the reinforced concrete structures such as the limiting failure ratio of concrete and the limiting strains for rebar and liner plate were satisfied under steam explosion conditions. Moreover, stresses of steel components and reinforced concrete structures were reduced with maximum difference of 12% when the integrated model was adopted comparing to those of discrete models.
The IHX (Intermediate Heat eXchanger) for a pool-type SFR (Sodium-cooled Fast Reactor) system transfers heat from the primary high temperature sodium to the intermediate cold temperature sodium. The upper structure of the IHX is a coaxial structure designed to form a flow path for both the secondary high temperature and low temperature sodium. The coaxial structure of the IHX consists of a central downcomer and riser for the incoming and outgoing intermediate sodium, respectively. The IHX of a pool-type SFR is supported at the upper surface of the reactor head with an IHX support structure that connects the IHX riser cylinder to the reactor head. The reactor head is generally maintained at the low temperature regime, but the riser cylinder is exposed in the elevated temperature region. The resultant complicated temperature distribution of the co-axial structure including the IHX support structure may induce a severe thermal stress distribution. In this study, the structural feasibility of the current upper support structure concept is investigated through a preliminary stress analysis and an alternative design concept to accommodate the IHTS (Intermediate Heat Transport System) piping expansion loads and severe thermal stress is proposed. Through the structural analysis it is found that the alternative design concept is effective in reducing the thermal stress and acquiring structural integrity.
This paper provides plastic limit load solutions of cylinders with circumferential part-through surface cracks under combined axial tension, internal pressure and global bending. Such solutions are developed based on detailed three-dimensional (3-D) finite element (FE) limit analyses using elastic-perfectly-plastic material behaviour, together with analytical solutions based on equilibrium stress fields. For the crack location, both external and internal cracks are considered. Furthermore, in terms of the crack shape, both semi-elliptical and constant-depth surface cracks are considered. The resulting limit load solutions are given in a closed form, and thus can be easily used in practical situations. Being based on detailed 3-D FE limit analysis, the present solutions are believed to most reliable, and thus to be valuable information for integrity assessment of piping.
최근 압력용기, 고압배관, LNG Tank 및 선체등의 구조물 파괴에 대한 안전성을 보증하기 위하여, 구조부재의 표면결함에 대한 균열성장 거동을 파악하는 것이 중요한 과제중에 하나라고 인식되어지고 있다. 본 연구에서는 단일 및 복수표면 결함의 피로균열 성장을 바탕으로 표면에서 관통되기까지의 균열성장 수명의 추정등 실질적이고 일반적인 문제들을 해석할려고 시도하였다. 또한, 복수균열 문제에 적용하기 위하여 복수 언더컷의 합체진전현상을 검토하였으며 단일 언더컷과 복수 언더컷의 전파특성이 유사함을 밝혔다.
Failure criterion is a parameter to represent the resistance to failure of locally wall thinned pipe, and it depends on material characteristics, defect geometry, applied loading type, and failure mode. Therefore, accurate prediction of integrity of wall thinned pipe requires a failure criterion adequately reflected the characteristics of defect shape and loading in the piping system. In the present study, the finite element analysis was performed and the results were compared with those of pipe experiment to develop a sound criterion for failure of internally wall thinned pipe subjected to combined pressure and bending loads. By comparing the predictions of failure to actual failure load and displacement, an appropriate criterion was investigated. From this investigation, it is concluded that true ultimate stress criterion is the most accurate to predict failure of wall thinned pipe under combined loads, but it is not conservative under some conditions. Engineering ultimate stress estimates the failure load and displacement reasonably for al conditions, although the predictions are less accurate compared with the results predicted by true ultimate stress criterion.
In order to analyze the elastic-plastic fracture behavior of a structure, the fracture resistance curve of the material should be known first. The standard CT specimen was used to obtain the fracture resistance curves of a piping system. However, it is known that the fracture resistance curve by the standard CT specimen is very conservative to evaluate the integrity of a structure. Also the fracture resistance curve is effected by the specimen geometry and the dimensions because of the constraint effect. The objective of this paper is to be certain the conservativeness of the fracture resistance curve by the standard CT specimen and to provide an additional safety margin. For these, the fracture tests using a real pipe specimen and the standard CT specimen test were performed. A 4-point bending jig was manufactured for the pipe test and the direct current potential drop method was used to measure the crack extension and the length for the pipe test. Also finite element analyses were performed with a CT specimen and a pipe in order to prove the additional safety margin. From the result of tests and analyses of the pipe and the standard CT specimen, it was observed that the fracture analysis with the standard CT specimen is conservative and the additional safety margin was proved.
Typical trouble patterns in solar thermal systems include working fluid leakage and freezing other than breakdown of pump. A fluid sensor for measuring electric resistance of fluid was developed and installed at the top of the collector piping in order to check the fault of solar system. Working fluid level in the pipe was determined by measuring electric resistance from a fluid sensor. On the base of this, it was confirmed that the fluid sensor diagnoses leakage of fluid. Electric resistance of propylene glycol aqueous solution was measured in the range of $0{\sim}70^{\circ}C$ and 0~40% of concentration. The response surface analysis was performed by using a central composite design, and the regression equation was derived from the relationship between electric resistance, temperature, and concentration. Through the experiment in a real solar system, we can estimate a concentration of working fluid when a pump is not operating and predict a possibility of freezing. Finally, an effective algorithm for trouble shooting was proposed to operate and maintain the solar system.
This paper presents ductile fracture simulation of full-scale cracked pipe for nuclear piping materials using the cohesive zone model (CZM). The main objective of this study is to investigate the applicability of CZM to predict ductile fracture of cracked pipes with various crack shapes and under quasi-static/dynamic loadings. The transferability of the traction-separation (T-S) curve from a small-scale specimen to a full-scale pipe is demonstrated by simulating small- and full-scale tests. T-S curves are calibrated by comparing experimental data of compact tension specimens with finite element analysis results. The calibrated T-S curves are utilized to predict the fracture behavior of cracked pipes. Three types of full-scale pipe tests are considered: pipe with circumferential through-wall crack under quasistatic/dynamic loadings, and with 360° internal surface crack under quasi-static loading. Computational results using the calibrated T-S curves show a good agreement with experimental data, demonstrating the transferability of the T-S curves from small-scale specimen.
Restrictions on the emissions of nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon dioxide, and particulate matter from marine engines are being tightened. Each of these emissions requires different reduction technologies, which are costly and require many pieces of equipment to meet the requirements. Liquefied natural gas (LNG) fuel has a great advantage in reducing harmful emissions emitted from ships. Therefore, the marine engine application of LNG fuel is significantly increasing in new ship buildings. Accordingly, this study analyzed the internal support structure, insulation type, and fuel supply piping system of a 35 m3 International Maritime Organization C type pressurized storage tank of an LNG-fueled ship. Analysis of the heat transfer characteristics revealed that A304L stainless steel has a lower heat flux than A553 nickel steel, but the effect is not significant. The heat flux of pearlite insulation is much lower than that of vacuum insulation. Moreover, the analysis results of the constraint method of the support ring showed no significant difference. A553 steel containing 9% nickel has a higher strength and lower coefficient of thermal expansion than A304L, making it a suitable material for cryogenic containers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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