Choi, Su Ryong;Lee, Jae Ryong;Kim, Hyoung Tae;Yoon, Han Young;Jeong, Jae Jun
Journal of Energy Engineering
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v.23
no.4
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pp.95-105
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2014
The CUPID code has been developed for a transient, three-dimensional, two-phase flow analysis at a component scale. It has been validated against a wide range of two-phase flow experiments. Especially, to assess its applicability to single- and two-phase flow analyses in the Calandria vessel of a CANDU nuclear reactor, it was validated using the experimental data of the 1/4-scaled facility of a Calandria vessel at the STERN laboratory. In this study, a preliminary thermal-hydraulic analysis of the CANDU reactor moderator tank using the CUPID code is carried out, which is based on the results of the previous studies. The complicated internal structure of the Calandria vessel and the inlet nozzle was modeled in a simplified manner by using a porous media approach. One of the most important factors in the analysis was found to be the modeling of the tank inlet nozzle. A calculation with a simple inlet nozzle modeling resulted in thermal stratification by buoyance, leading to a boiling from the top of the Calandria tank. This is not realistic at all and may occur due to the lack of inlet flow momentum. To improve this, a new nozzle modeling was used, which can preserve both mass flow and momentum flow at the inlet nozzle. This resulted in a realistic temperature distribution in the tank. In conclusion, it was shown that the CUPID code is applicable to thermal-hydraulic analysis of the CANDU reactor moderator tank using the cost-effective porous media approach and that the inlet nozzle modeling is very important for the flow analysis in the tank.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.221-221
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2014
The present work proposes an improved numerical simulator for design and modification of large area capacitively coupled plasma (CCP) processing chamber. CCP, as notoriously well-known, demands the tremendously huge computational cost for carrying out transient analyses in realistic multi-dimensional models, because electron dissociations take place in a much smaller time scale (${\Delta}t{\approx}10-8{\sim}10-10$) than time scale of those happened between neutrals (${\Delta}t{\approx}10-1{\sim}10-3$), due to the rf drive frequencies of external electric field. And also, for spatial discretization of electron flux (Je), exponential scheme such as Scharfetter-Gummel method needs to be used in order to alleviate the numerical stiffness and resolve exponential change of spatial distribution of electron temperature (Te) and electron number density (Ne) in the vicinity of electrodes. Due to such computational intractability, it is prohibited to simulate CCP deposition in a three-dimension within acceptable calculation runtimes (<24 h). Under the situation where process conditions require thickness non-uniformity below 5%, however, detailed flow features of reactive gases induced from three-dimensional geometric effects such as gas distribution through the perforated plates (showerhead) should be considered. Without considering plasma chemistry, we therefore simulated flow, temperature and species fields in three-dimensional geometry first, and then, based on that data, boundary conditions of two-dimensional plasma discharge model are set. In the particular case of SiH4-NH3-N2-He CCP discharge to produce deposition of SiNxHy thin film, a cylindrical showerhead electrode reactor was studied by numerical modeling of mass, momentum and energy transports for charged particles in an axi-symmetric geometry. By solving transport equations of electron and radicals simultaneously, we observed that the way how source gases are consumed in the non-isothermal flow field and such consequences on active species production were outlined as playing the leading parts in the processes. As an example of application of the model for the prediction of the deposited thickness uniformity in a 300 mm wafer plasma processing chamber, the results were compared with the experimentally measured deposition profiles along the radius of the wafer varying inter-electrode gap. The simulation results were in good agreement with experimental data.
Park, Jung-Wook;Ryu, Dongwoo;Park, Dohyun;Choi, Byung-Hee;Synn, Joong-Ho;Sunwoo, Choon
Tunnel and Underground Space
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v.23
no.3
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pp.241-259
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2013
A packed bed thermal energy storage (TES) consisting of solid storage medium of rock or concrete through which the heat transfer fluid is circulated is considered as an attractive alternative for high temperature sensible heat storage, because of the economical viability and chemical stability of storage medium and the simplicity of operation. This study introduces the technologies of packed bed thermal energy storage, and presents a numerical model to analyze the thermal energy balance and the performance efficiency of the storage system. In this model, one dimensional transient heat transfer problem in the storage tank is solved using finite difference method, and temperature distribution in a storage tank and thermal energy loss from the tank wall can be calculated during the repeated thermal charging and discharging modes. In this study, a high temperature thermal energy storage connected with AA-CAES (advanced adiabatic compressed air energy storage) was modeled and analyzed for the temperature and the energy balance in the storage tank. Rock cavern type TES and above-ground type TES were both simulated and their results were compared in terms of the discharging efficiency and heat loss ratio.
In a sudden shutdown of primary pump or coolant loss accident in a marine nuclear power plant, the primary flow decreases rapidly in a transition process from forced circulation (FC) to natural circulation (NC), and the lower flow enters the steam generator (SG) causing reverse flow in the U-tube. This can significantly compromise the safety of nuclear power plants. Based on the marine natural circulation steam generator (NCSG), an experimental loop is constructed to study the characteristics of reverse flow under middle-temperature and middle-pressure conditions. The transition from FC to NC is simulated experimentally, and the characteristics of SG reverse flow are studied. On this basis, the experimental loop is numerically modeled using RELAP5/MOD3.3 code for system analysis, and the accuracy of the model is verified according to the experimental data. The influence of the flow variation rate on the reverse flow phenomenon and flow distribution is investigated. The experimental and numerical results show that in comparison with the case of adjusting the mass flow discontinuously, the number of reverse flow tubes increases significantly during the transition from FC to NC, and the reverse flow has a more severe impact on the operating characteristics of the SG. With the increase of flow variation rate, the reverse flow is less likely to occur. The mass flow in the reverse flow U-tubes increases at first and then decreases. When the system is approximately stable, the reverse flow is slightly lower than obverse flow in the same U-tube, while the flow in the obverse flow U-tube increases.
Round robin analyses for vessel failure probabilities due to PTS events are proposed for plant-specific analyses of all types of reactors developed in Korea. Four organizations, that are responsible for regulation, operation, research and design of the nuclear power plant in Korea, participated in the round robin analysis. The vessel failure probabilities from the probabilistic fracture mechanics analyses are calculated to assure the structural integrity of the reactor pressure vessel during transients that are expected to initiate PTS events. The failure probabilities due to various parameters are compared with each other. All results are obtained based on several assumptions about material properties, flaw distribution data, and transient data such as pressure, temperature, and heat transfer coefficient. The realistic input data can be used to obtain more realistic failure probabilities. The various results presented in this study will be helpful not only for benchmark calculations, result comparisons, and verification of PFM codes developed but also as a contribution to knowledge management for the future generation.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.49-49
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2008
ZnO-based varistors have been widely used for voltage stabilization or transient surge suppression in electric power systems and electronic circuits. Recently, It has reported that the varistor behavior with nonlinear coefficient of 6~17 in Mn-doped ZnO. In this study we have chosen the composition of ZnO-$TeO_2-Mn_3O_4$ (ZTM) system to the purpose of whether varistor behavior appeared in doped ZnO by the solid state sintering or not. We investigated the sintering and electric properties of 0.5~3.0 at% Mn doped ZnO-1.0 at% $TeO_2$ system. Electrical properties, such as current-voltage (I-V), capacitance-voltage (C-V), and impedance spectroscopy were conducted. $TeO_2$ itself melts at $732^{\circ}C$ in air but forms the $ZnTeO_3$ phase with ZnO as increasing temperature and therefore retards the densification of ZnO to $1000^{\circ}C$. The average grain size of sintered samples was at about $3{\mu}m$ and decreased with increasing Mn contents. It was found that a good varistor characteristics were developed in ZTM system sintered at $1100^{\circ}C$ (nonlinear coefficient $\alpha$ ~ 60). The results of C-V characteristics such as barrier height ($\Theta$), donor density ($N_d$), depletion layer (W), and interface state density ($N_t$) in ZTM ceramics were $4\times10^{17}cm^{-3}$, 0.7 V, 40 nm, and $1.6\times10^{12}cm^{-2}$, respectively. It will be discussed about the stability and homogeneity of grain boundaries using distribution parameter ($\alpha$) simulated with the Z(T)"-logf plots in ZTM system.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.11
no.1
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pp.35-44
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1974
열박음(shrink fitting)으로 인(因)한 동심형(同心形) 구멍을 가진 복합(複合)실린더의 과도적(過渡的) 온도분포(溫度分布), 열응력(熱應力) 및 열변형도(熱變形度)를 이론해석(理論解析)하였다. 온도분포해석(溫度分布解析)에서 외부(外部) 실린더는 균일온도(均一溫度)로 가열(加熱)되어, 실온(室溫)의 내부(內部) 실린더와 접촉면(接觸面)에서 일어나는 열전도(熱傳導)에 의(依)하여 냉각(冷却)되고, 외부(外部) 표면(表面)은 대기중(大氣中)에 노출(露出)된 상태(狀態)로 취급(取扱)하였다. 열응력(熱應力)은 평면변형도조건(平面變形度條件)을 만족(滿足)하는 것으로 생각하였으며, 물성(物性)은 온도(溫度)에 무관(無關)한 상수(常數)로 취급(取扱)하였다. 온도분포(溫度分布)는 열전도문제(熱傳導問題)만을 고려(考慮)함으로서도 유효(有效)한 해(解)를 얻을 수 있으며 열응력(熱應力)은 접촉면(接觸面)에서부터 형성(形成)되며, 반경방향응력(半徑方向應力)은 시간(時間)이 경과(經過)함에 따라 압축응력(壓縮應力)이 증가(增加)하여 접촉면(接觸面)에서 최대치(最大値)를 갖고, 원주방향응력(圓周方向應力)은 접촉면(接觸面)에서 초기(初期)부터 거의 최종상태(最終狀態)와 같은 크기를 갖음을 알 수 있다. 균일온도분포(均一溫度分布)가 이루어지면 열응력(熱應力)의 형성(形成)은 완료(完了)되게 되며, 이때의 열응력(熱應力)의 크기와 분포경향(分布傾向)은 평면응력조건(平面應力條件)을 사용(使用)하였다는 사실(事實)을 고려(考慮)하면 $Lam\acute{e}$의 이론해(理論解)와 일치(一致)함을 알 수 있었다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.2
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pp.235-242
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2017
A driving controller for active destruction protections can be applied to machinery, aerospace and military fields. In particular, this controller can be used to track and attack enemy flying objects through the active control. It is important to ensure reliability of the driving controller since its operation should be kept with precision to the target point. The temperature of the environment where the driving controller is used is about -32 C ~ 50 C (241~323 ). Heat generated in the driving controller should be maintained below a certain threshold (85 C (358 )) to ensure reliability; therefore, the study and analysis of the heat flow characteristics in the driving controller are required. In this research, commercial software Solid-Works Flow Simulation was used for the numerical simulation assuming a low Reynolds number turbulence model and an incompressible viscous flow. The goal of this paper is to design the driving controller safely by analyzing the characteristics of the heat flow inside of the controller composed of chips or boards. Our analysis shows temperature distributions for boards and chips below a certain threshold.
Park, Sang Gi;Lee, Jae Ryong;Yoon, Han Young;Kim, Hyoung Tae;Jeong, Jae Jun
Journal of Energy Engineering
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v.21
no.4
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pp.419-426
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2012
A transient, three-dimensional, two-phase flow analysis code, CUPID, has been developed in KAERI. In this work, we performed a preliminary analysis using the CUPID code to investigate the thermal-hydraulic behavior of the moderator in the Calandria vessel of a CANDU reactor. At first, we validated the CUPID code using the three experiments that were performed at Stern Laboratories Inc. To avoid the complexity to generate computational mesh around the Calandria tube bundles, a porous media approach was applied for the region. The pressure drop in the porous media zone was modeled by an empirical correlation. The results of the calculations showed that the CUPID code can predict the mixed flow pattern of forced and natural convection inside the Calandria vessel very well. Thereafter, the analysis was extended to a two-phase flow condition. Also, the local maximum temperature in the Calandria vessel was plotted as a function of the injection flow rate, which may be utilized to predict the local subcooling margin.
Kim, YunJi;Han, DanBee;Seo, TaeWon;Oh, KwangChul;Baek, YoungSoon
Clean Technology
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v.26
no.1
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pp.22-29
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2020
Recently, as the fine dust is increased and the emission regulations of diesel engines have been tightened, interest in diesel soot filtration devices has rapidly increased. There is specifically a demand for the technological development of higher diesel exhaust gas after-treatment device efficiency. As part of this, many studies were conducted to increase exhaust gas treatment efficiency by improving the flow uniformity of the exhaust gas in the diesel particulate filter (DPF) and reducing the pressure drop between the inlet and the outlet of DPF. In this study, the effects of pressure drop by the flow rate and temperature of exhaust gas, DPF I/O ratio, Ash, and PM amount in diesel reduction device were simulated via a 12" diameter DPF and diesel oxidation catalyst (DOC) using ANSYS Fluent. As the flow rate and temperature decreased, the pressure drop decreased, whereas the PM amount affected the pressure drop more than the ash amount and the pressure drop was lower in anisotropic DPF than isotropic DPF. In the case of DPF flow uniformity, it was constant regardless of the various variables of DPF. In ESC and ETC conditions, the filtration efficiency for PM was similar regardless of anisotropic and isotropic DPF, but the filtration efficiency for PN (particle number) was higher in anisotropic DPF than isotropic DPF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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