A new task of using the Jacobian-Free-Newton-Krylov (JFNK) method for the PWR core transient simulations involving neutronics, thermal hydraulics and mechanics is conducted. For the transient scenario of PWR, normally the Picard iteration of the coupled coarse-mesh nodal equations and parallel channel TH equations is performed to get the transient solution. In order to solve the coupled equations faster and more stable, the Newton Krylov (NK) method based on the explicit matrix was studied. However, the NK method is hard to be extended to the cases with more physics phenomenon coupled, thus the JFNK based iteration scheme is developed for the nodal method and parallel-channel TH method. The local gap conductance is sensitive to the gap width and will influence the temperature distribution in the fuel rod significantly. To further consider the local gap conductance during the transient scenario, a 1D mechanics model is coupled into the JFNK scheme to account for the fuel thermal expansion effect. To improve the efficiency, the physics-based precondition and scaling technique are developed for the JFNK iteration. Numerical tests show good convergence behavior of the iterations and demonstrate the influence of the fuel thermal expansion effect during the rod ejection problems.
Macroscopic hot spots formed due to the large thermal gradients at the surface of the disc brake rotor, make the rotor to fail or wear out early. Thermo-elastic deformation results in contact concentration, leading to the non uniform distribution of temperature making the disc susceptible to hot spot formation. The formation of one hot spot event will predispose the system to future hot spotting at the same location. This leads to the complete thermo-elastic instability in the disc brakes; multitude parameters are responsible for the thermo elastic instability. The predominant factor is the sliding velocity and above a certain sliding velocity the instability of the brake system occurs and hot spots is formed in the surface of the disc brake. Commercial finite element package ABAQUS(R) is used to find the temperature distribution and the result is validated using Rowson's analytical model. A coupled analysis methodology is evolved for the automotive disc brake from the transient thermo-elastic contact analysis. Temperature variation is studied under different sliding speeds within the operation range.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.6
no.3
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pp.247-255
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1982
The heat diffusion equation for an annular fin is analyzed by Laplace transformation. The fin has a uniform thickness, with its end insulated, and three different temperature profiles at the base such as step change, harmonic and exponential functions. The exact solutions for the temperature and heat flux of the fins are obtained with the infinite series. The series solutions converge rapidly for large values of dimensionless time, but slowly for small values. Therefore some approximate solutions are presented here to fine the temperature distribution and heat flux for small values of dimensionless time. Furthermore a simple approximate heat flux, .OMEGA.=1.13c.tau.$^{1}$2/ is found in the range of .tau. .leg. o.1/c for the exponential function at the base.
Koji Nishida;Naoki Sano;Seitaro Sakurai;Michio Murase
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.886-892
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2024
The cladding temperatures and axial mass distribution computed by MAAP5 were compared with their measured values in the test bundle of the Phebus Test FPT0. The computed cladding temperatures were in good agreed with the measured values in the pre-transient phase. In the transient heat-up phase, the computed temperatures were overestimated by the Baker-Just correlation in MAAP5, but the computed temperatures could simulate the subsequently measured values. The computed mass distribution in the axial direction was in qualitative agreement with the measured one for post-test fuel damage observations. The calculated flow areas of inner and outer regions in the test bundle were compared with the photographic observations. MAAP5 computed them at the height of 0.2 m where the molten pool formed was in qualitative agreement with the photographic observations. It was found that the remaining steam flow paths might be caused by the gas-liquid two-phase flow counter-current flow limitation.
B. Boukert;M. Khodjet-Kesba;A. Benkhedda;E.A. Adda Bedia
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.11
no.1
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pp.1-21
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2024
The stiffness reduction of cross-ply composite laminates featuring a transverse cracking and delamination within the mid-layer is predicted through utilization of a modified shear-lag model, incorporating a stress perturbation function. Good agreement is obtained by comparing the prediction models and experimental data. The material characteristics of the composite are affected by fluctuations in temperature and transient moisture concentration distribution in desorption case, based on a micro-mechanical model of laminates. The transient and non-uniform moisture concentration distribution induces a stiffness reduction. The obtained results demonstrate the stiffness degradation dependence on factors such as cracks density, thickness ratio and environmental conditions. The present study underscores the significance of comprehending the degradation of material properties in the failure progression of laminates, particularly in instances of extensive delamination growth.
As underground caverns have many advantages such as safety and operation, they can also be used for gas storage purpose. When liquefied gas is stored underground, the cryogenic temperature of the gas affects the stability of the storage cavern. In order to store the liquefied gas successfully, it is essential to estimate the exact temperature distribution of the rock mass around the caverns. The main purpose of this study is the development of theoretical solution to be able to estimate the temperature distribution around storage caverns and the assessment of the solution. In this study, a theoretical solution and a conceptual model for estimating two and three dimensional temperature distribution around the storage caverns are suggested. Based on the multi-dimensional transient heat transfer theory, the theoretical solution is successfully derived by assuming the caverns shape as simplified geometry. In order to assess the theoretical solution, by performing numerical experiments with this multi-dimensional model, the temperature distribution of the theoretical solution is compared with that of numerical analysis. Furthermore, the effects of the caverns size are investigated.
In this work, thermoelastic dynamic behavior of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) cylinders subjected to mechanical pressure loads, uniform temperature environment or thermal gradient loads is investigated by a mesh-free method. The material properties and thermal stress wave propagation of the nanocomposite cylinders are derived after solving of the transient thermal equation and obtaining of the time history of temperature field of the cylinders. The nanocomposite cylinders are made of a polymer matrix and wavy single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The volume fraction of carbon nanotubes (CNTs) are assumed variable along the radial direction of the axisymmetric cylinder. Also, material properties of the polymer and CNT are assumed temperature-dependent and mechanical properties of the nanocomposite are estimated by a micro mechanical model in volume fraction form. In the mesh-free analysis, moving least squares shape functions are used to approximate temperature and displacement fields in the weak form of motion equation and transient thermal equation, respectively. Also, transformation method is used to impose their essential boundary conditions. Effects of waviness, volume fraction and distribution pattern of CNT, temperature of environment and direction of thermal gradient loads are investigated on the thermoelastic dynamic behavior of FG-CNTRC cylinders.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.3
no.1
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pp.207-217
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2000
A fire fighting characteristic by a single evaporating droplet in the case of a fire of military enclosure space was studied experimentally. Transient cooling of solid surface by water droplet evaporation has been investigated through controlled experiments using a heated brass cylinder. Quantitative predictions of droplet evaporation time and in-depth transient temperature distribution in solid have been made. The particular interest was in the removal of thermal energy from the heated cylinder by evaporative cooling. A $10{\mu}1$ single droplet is deposited on a horizontal brass surface with initial temperatures in the range of $90^{\circ}C{\sim}130^{\circ}C.$ The results can be summarized as follows; Evaporating droplet was divided into three different configuration. Evaporation time was predicted as a function of initial surface temperature ($t_c=492.62-6.89T_{s0}+0.0248T_{s0}^2).$ The contact temperature was predicted as a function of initial surface temperature( $T_{i}$=0.94 $T_{s0}$+1.4), The parameter ${\beta}_o$ was predicted as a function of initial surface temperature( ${\beta}_0$ : 0.O0312 $T_{s0}+0.932$)>)>)
Heat pipe cooled reactors have gained attention as a potential solution for nuclear power generation in space and deep sea applications because of their simple design, scalability, safety and reliability. However, under complex operating conditions, a control strategy for variable load operation is necessary. This paper presents a two-dimensional transient characteristics analysis program for a heat pipe cooled reactor and proposes a variable load control strategy using the recuperator bypass (CSURB). The program was verified against previous studies, and steady-state and step-load operating conditions were calculated. For normal operating condition, the predicted temperature distribution with constant heat pipe temperature boundary conditions agrees well with the literature, with a maximum temperature difference of 0.4 K. With the implementation of the control strategy using the recuperator bypass (CSURB) proposed in this paper, it becomes feasible to achieve variable load operation and return the system to a steady state solely through the self-regulation of the reactor, without the need to operate the control drum. The average temperature difference of the fuel does not exceed 1 % at the four power levels of 70 %,80 %, 90 % and 100 % Full power. The output power of the turbine can match the load change process, and the temperature difference between the inlet and outlet of the turbine increases as the power decreases.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.5
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pp.145-154
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2006
Each part of drum brake system is loaded by continual mechanical force and thermal force every time of braking, so enough strength and stability are required. Thermal characteristic is one of the important factors in drum brake systems design. This paper presents the thermal performance such as temperature distribution and thermal contact stress of drum brake system considering several braking patterns; 80th heat braking test mode, heat fade braking test mode, general road mode, steep slope road mode and off road mode. Transient heat transfer analysis and Thermo elastic contact analysis is executed to obtain the temperature distribution, and to evaluate thermal stress of drum brake by using ABAQUS/Standard code. This procedure of analysis can effectively be used to improve the quality problem of brake system and to get design guideline of the new product.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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