The present study is dedicated to investigate the SH body-as well as Love-waves propagation effects in porous media with uncertain porosity and permeability. A unified formulation of the governing equations for one-dimensional (1-D) wave propagation in anisotropic porous layered media is presented deterministically. The uncertainties around the above two cited parameters are taken into account by random fields with the help of Monte Carlo Simulations (MCS). Random samples of the porosity and the permeability are generated according to the normal and lognormal distribution functions, respectively, with a mean value and a coefficient of variation for each one of the two parameters. After performing several thousands of samples, the mathematical expectation (mean) of the solution of the wave propagation equations in terms of amplification functions for SH waves and in terms of dispersion equation for Love-waves are obtained. The limits of the Love wave velocity in a porous soil layer overlaying a homogeneous half-space are obtained where it is found that random variations of porosity change the zeros of the wave equation. Also, the increase of uncertainties in the porosity (high coefficient of variation) decreases the mean amplification function amplitudes and shifts the fundamental frequencies. However, no effects are observed on both Love wave dispersion and amplification function for random variations of permeability. Lastly, the present approach is applied to a case study in the Adapazari town basin so that to estimate ground motion accelerations lacked in the fast-growing during the main shock of the damaging 1999 Kocaeli earthquake.
Aeronautics engine cooling is one of the biggest problems that engineers have tried to solve since the beginning of human flight. Systems like radiators should solve this purpose and they have been studied extensively and various solutions have been found to aid the heat dissipation in the engine zone. Special interest has been given to air coolers in order to guide the air flow on engine and lower the high temperatures achieved by the engine in flow conditions. The aircraft companies need faster and faster tools to design their solutions so the development of tools that allow to quickly assess the effectiveness of an cooling system is appreciated. This paper tries to develop a methodology capable of providing such support to companies by means of some application examples. In this work the development of a new methodology for the analysis and the design of oil cooling systems for aerospace applications is presented. The aim is to speed up the simulation of the oil cooling devices in different operative conditions in order to establish the effectiveness and the critical aspects of these devices. Steady turbulent flow simulations are carried out considering the air as ideal-gas with a constant-averaged specific heat. The heat exchanger is simulated using porous media models. The numerical model is first tested on Piaggio P180 considering the pressure losses and temperature increases within the heat exchanger in the several operative data available for this device. In particular, thermal power transferred to cooling air is assumed equal to that nominal of real heat exchanger and the pressure losses are reproduced setting the viscous and internal resistance coefficients of the porous media numerical model. To account for turbulence, the k-${\omega}$ SST model is considered with Low- Re correction enabled. Some applications are then shown for this methodology while final results are shown in terms of pressure, temperature contours and streamlines.
For engineers, generating a mesh in porous media (PMs) sometimes represents a smaller computational load than generating realistic stent geometries with computer fluid dynamics (CFD). For this reason, PMs have recently become attractive to mimic flow-diverter stents (FDs), which are used to treat intracranial aneurysms. PMs function by introducing a hydraulic resistance using Darcy's law; therefore, the pressure drop may be computed by test sections parallel and perpendicular to the main flow direction. However, in previous studies, the pressure drop parallel to the flow may have depended on the width of the gap between the stent and the wall of the test section. Furthermore, the influence of parameters such as the test section geometry and the distance over which the pressure drops was not clear. Given these problems, computing the pressure drop parallel to the flow becomes extremely difficult. The aim of the present study is to resolve this lack of information for stent modeling using PM and to compute the pressure drop using several methods to estimate the influence of the relevant parameters. To determine the pressure drop as a function of distance, an FD was placed parallel and perpendicular to the flow in test sections with rectangular geometries. The inclined angle method was employed to extrapolate the flow patterns in the parallel direction. A similar approach was applied with a cylindrical geometry to estimate loss due to pipe friction. Additionally, the pressure drops were computed by using CFD. To determine if the balance of pressure drops (parallel vs perpendicular) affects flow patterns, we calculated the flow patterns for an ideal aneurysm using PMs with various ratios of parallel pressure drop to perpendicular pressure drop. The results show that pressure drop in the parallel direction depends on test section. The PM thickness and the ratio of parallel permeability to perpendicular permeability affect the flow pattern in an ideal aneurysm. Based on the permeability ratio and the flow patterns, the pressure drop in the parallel direction can be determined.
CUPID 코드는 기기 스케일(Component scale)의 2상 유동(Two-phase flow) 해석 코드로서 다양한 2상 유동 조건의 실험 자료를 이용하여 검증되어 왔다. 특히, CUPID 코드의 CANDU형 원자로 감속재 탱크 내부 유동 해석능력을 평가하기 위해 1/4 규모 축소 실험장치의 실험결과를 이용하여 검증한 바가 있다. 본 연구에서는 이전 연구를 바탕으로 CUPID 코드를 사용하여 실제 원자로 감속재탱크 내부의 열수력 거동을 해석하였다. 감속재 탱크의 내부 구조는 아주 복잡하기 때문에 다공질 매질 방법을 적용하였으며 탱크 입구노즐 또한 기기 스케일 코드의 취지에 부합하게 아주 단순화하여 모델하였다. 해석결과의 정확성을 결정하는 가장 중요한 요소는 입구노즐의 모델 방법에 있는 것으로 나타났다. 입구노즐을 단순하게 모델하여 입구유량을 경계조건으로 부여하고 발전소 정상운전조건으로 계산한 결과, 부력에 의한 열성층화 현상이 발생하였다. 이는 전혀 타당하지 않은 것으로 입구 유동의 모멘텀을 정확하게 모의하지 않아 발생한 것이 나타났다. 이를 개선하고자 입구 유량과 운동량을 동시에 보존시킬 수 있도록 입구 노즐 면적을 축소하고 속도는 증가시켜서 계산한 결과, 사실적인 내부 유동장을 얻을 수 있었다. 결론적으로 계산 비용효과가 뛰어난 다공질 매질 방법에 입각하여 CUPID 코드를 실규모 감속재 탱크 열유동 해석에 적용할 수 있음을 보였고, 입구노즐의 적절한 모델이 가장 중요한 요소임을 확인하였다.
In this study, the effects of selecting water/silver nanofluid as both a coolant and a reactivity controller during the first operating cycle of a light water nuclear reactor are investigated. To achieve this, coupled neutronic-thermo-hydraulic analysis is employed to simulate the reactor core. A detailed VVER1000/446 reactor core is modeled in monte carlo code (MCNP), and the model is verified using the porous media approach. Results show that the maximum required level of silver nanoparticles is 1.3 Vol.% at the beginning of the cycle; this value drops to zero at the end of cycle. Due to substitution of water/boric acid with water/Ag nanofluid, reactor operation time at maximum power extends to 357.3 days, and the energy generation increases by about 27.3%. The higher negative coolant temperature coefficient of reactivity in the presence of nanofluid in comparison with the water/boric acid indicates that the reactor is inherently safer. Considering the safety margins in the presence of the nanofluid, minimum departure from nucleate boiling ratio is calculated to be 2.16 (recommendation is 1.75).
This paper presents the numerical methodology of ATHOS3 code for thermal hydraulic analysis of steam generators in nuclear power plant. Topics include porous media approach, governing equations, physical models and correlations for solid-to-fluid interaction and heat transfer, and numerical solution scheme. The ATHOS3 code is applied to the thermal hydraulic analysis of steam generator in the Korea Kori Unit-1 nuclear power plant and the computed results are presented
In this paper, numerical investigation has been carried out to study performance of methane autothermal reformer and dynamic behavior for light-off under various operating conditions. In order to simulate the given problems, numerical methods are incorporated using finite-volume method. In addition, porous medium approach is accepted because the catalytic phenomena occur in porous media. Also, start-up issue is significant in autothermal reformer although the reaction is marginally exothermic. Thus, in this study transient behavior has been also investigated to find out optimal operating conditions for start-up.
In this article, the generalized thermoelastic theory with fractional derivative is presented to estimate the variation of temperature, the components of stress, the components of displacement and the changes in volume fraction field in two-dimensional porous media. Easily, the exact solutions in the Laplace domain are obtained. By using Laplace and Fourier transformations with the eigenvalues method, the physical quantities are obtained analytically. The numerical results for all the physical quantities considered are implemented and presented graphically. The results display that the present model with the fractional derivative is reduced to the Lord and Shulman (LS) and the classical dynamical coupled (CT) theories when the fractional parameter is equivalent to one and the delay time is equal to zero and respectively.
EK pumps packed with particles inside capillaries are involved in the mixed electroosmotic flow and pressure driven flow. For analysis in the porous EK pumps, the volume-averaging technique is applied to derive the volume-averaged equations for momentum and electrical potential. By using the volume-averaged equations, analytical solutions for electric potential and velocity distribution due to the mixed electroosmotic and pressure driven flows are obtained. The present analysis is validated by comparison with numerical and experimental results for the case of microchannel EK pumps.
In this paper, thermal characteristics of a nitrous oxide ($N_2O$) catalytic reactor with packed-bed geometry are theoretically and numerically investigated. Several researchers experimentally presented that catalytic decomposition of $N_2O$ in a packed bed generates about 82kJ/mole in the exothermic reaction. Based on the results they have studied the catalytic decomposition of $N_2O$ in a packed bed to use it not only as a mono-propellant thrust for small satellites but also as an igniter system for hybrid rockets. So we aim to identify important parameters existing in an $N_2O$ packed-bed geometry, and to clarify its critical effect on thermal characteristics of the catalytic igniter using a porous medium approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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