Oh, Se-Hong;Choi, Dae Kyung;Park, Won Man;Kim, Won Tae;Chang, Yoon-Suk;Choi, Choengryul
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.14
no.2
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pp.1-10
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2018
Structures, systems and components of nuclear power plants should be able to maintain safety even in the event of design-basis accidents such as high-energy line breaks. The high-pressure steam jet ejected from the broken pipe may cause damage to the adjacent structures. The ANSI/ANS 58.2 code has been adopted as a technical standard for evaluating the jet impingement load. Recently, the U.S. NRC pointed out the non-conservativeness of the ANSI/ANS 58.2, because it does not take into account the blast wave effect, dynamic behavior of the jet, and oversimplifies the shape and load characteristics of the supersonic steam jet. Therefore, it is necessary to improve the evaluation method for the high-energy line break accident. In order to evaluate the behavior of supersonic steam jet, an appropriate numerical analysis technique considering compressible flow effect is needed. In this study, numerical analysis methodology for evaluating supersonic jet impingement load was developed and verified. In addition, the conservativeness of the ANSI/ANS 58.2 model was investigated using the numerical analysis methodology. It is estimated that the ANSI jet model does not sufficiently reflect the physical behavior of under-expanded supersonic steam jet and evaluates the jet impingement load lower than CFD analysis result at certain positions.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.8
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pp.84-91
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2005
An experimental investigation has been carried out to examine heat-transfer characteristics of an axisymmetric, under-expanded, sonic jet impinging on a flat plate and the local measurement of surface pressures and heat transfer coefficients on a plate have been achieved together with a visualization test of shock structure in a jet. Heat transfer coefficients on a plate have been found to be changed significantly depending on the under-expansion ratio as much as the nozzle-to-plate distance. These phenomena could be explained by the wall pressure measurement and the shock visualization.
Kim E.;Park S. H.;Kwon J. H.;Kim S. I.;Park S. O.;Lee K. S.;Hong S. G.
Journal of computational fluids engineering
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v.9
no.2
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pp.30-35
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2004
A numerical study of underexpanded jet and impingement on a wall mounted at various distances from the nozzle exit is presented. The 3-dimensional Wavier-Stokes equations and κ-ω turbulence equations are solved. The grids are constructed as overlapped grid systems to examine the distance effect. The DADI method is applied to obtain steady-state solutions. To avoid numerical instability such as the carbuncle phenomena that sometimes accompany approximate Riemann solver, the HLLE+ scheme is employed for the inviscid flux at the cell interfaces. A goal of this work is to apply a number of two-equation turbulence models based on the w equation to the impinging jet problem.
Kim E.;Park S. H.;Kwon J. H.;Kim S. I.;Park S. O.;Lee K. S.;Hong S. K.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2004.03a
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pp.139-145
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2004
A numerical study of underexpanded jet and impingement on a wall mounted at various distances from the nozzle exit is presented. The 3-dimensional Navier-Stokes equations and $\kappa-\omega$ turbulence equations are solved. The grids are constructed as overlapped grid systems to examine the distance effect. The DADI method is applied to obtain steady-state solutions. To avoid numerical instability such as the carbuncle that sometimes accompany approximate Riemann solver, the HLLE+ scheme is employed for the inviscid flux at the cell interfaces. A goal of this work is to apply a number of two-equation turbulence models based on the $\omega$ equation to the impinging jet problem.
Present study simulates oscillatory supersonic impinging jet flows using the axisymmetric Navier-Stokes code. To capture the salient features of flow oscillation and overcome the divergence during the initial transient period, several tests have been conducted for the grid and time step sizes. The results also show that the effects of the inlet flow condition at the nozzle exit and turbulence on the oscillatory behavior of supersonic impinging jets are negligible. Frequencies of the surface pressure oscillation obtained by the selected numerical method are in good accord with the measured impinging tones for various cases of nozzle-to-plate distance. Two seemingly different staging behaviors with nozzle-to-plate distance and nozzle pressure variations are found to correlate well if the frequency and distance are normalized by the length of the first shock cell.
Oh, Se-Hong;Choi, Dae Kyung;Park, Won Man;Kim, Won Tae;Chang, Yoon-Suk;Choi, Choengryul
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.14
no.2
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pp.77-87
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2018
In the case of high-energy line breaks in nuclear power plants, supersonic steam jet is formed due to the rapid depressurization. The steam jet can cause impingement load on the adjacent structures, piping systems and components. In order to secure the design integrity of the nuclear power plant, it is necessary to evaluate the load characteristics of the steam jet generated by high-energy pipe rupture. In the design process of nuclear power plant, jet impingement load evaluation was usually performed based on ANSI/ANS 58.2. However, U.S. NRC recently pointed out that ANSI/ANS 58.2 oversimplifies the jet behavior and that some assumptions are non-conservative. In addition, it is recommended that dynamic analysis techniques should be applied to consider transient load characteristics. Therefore, it is necessary to establish an evaluation methodology that can analyze the dynamic load characteristics of steam jet ejected when high energy pipe breaks. This research group has developed and validated the CFD analysis methodology to evaluate the transient behavior of supersonic impinging jet in the previous study. In this study, numerical study on the transient load characteristics of supersonic steam jet impingement was carried out and amplitude and frequency analysis of transient jet load was performed.
The effects of projectile impact system on the transient spray characteristic which is supersonic liquid tip velocity were studied by experimentally. Supersonic liquid jets were generated by impact of a high speed projectile driven by a Two-stage light gas gun. A high speed camera and schlieren optical system were used to capture the spray structures of the supersonic liquid jets. In a case of nozzle assembly Type-A, expansion gases accelerate a projectile which has a mass of 6 grams from 250 m/s at the exit of the launch tube. Accelerated projectile collides with the liquid storage part, then supersonic liquid jets are injected with instantaneous spray tip velocity from 617.78 m/s to 982.54 m/s with various nozzle L/d. However, In a case of nozzle assembly Type-B which has a heavier projectile (60 grams) and lower impact velocity (182 m/s), an impact pressure was decreased. Thus the liquid jet injected at 210 m/s of the maximum velocity did not penetrate a shock wave and fast break-up was occurred. Pulsed injection of liquid column generated second shock wave and multiple shock wave.
Kim, Myoung-Jong;Woo, Sang-Woo;Lee, Byeong-Eun;Kwon, Soon-Bum
Proceedings of the KSME Conference
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2001.11b
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pp.664-669
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2001
The characteristics of dual coaxial jet which composed of inner supersonic nozzle of 26500 in constant expansion rate with 1.91 design Mach number and outer converging one with $40^{\circ}$ converging angle with the variation of outer nozzle stagnation pressures are experimentally investigated in this paper. In which the stagnation pressure for the inner supersonic nozzle is 750kPa thus, the inner jet leaving the nozzle is slightly underexpanded. The plenum pressures of outer nozzle are varied from 200 to 600kPa. Flow visualizations by shadowgraph method, impact pressure and centerline static pressure measurements of dual coaxial jet are presented. The results show that the presence of outer jet affects significantly the structures and pressure distributions of inner jet. And outer jet causes Mach disk which does not appear for the case of single jet stream. As the stagnation pressure of outer jet increases, impact pressure undulation is severe, but the average impact pressure keeps high far downstream.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.2
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pp.153-160
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2011
The characteristics of supersonic coaxial/off-axis jet impingements on a slanted kerf surface were experimentally studied, to investigate the role of the assist gas that removes molten materials from cut zone formed by laser machining. In this parametric study, hundreds of high-resolution schlieren images were obtained for various gas pressures, distances between nozzle exit and kerf surface, kerf widths, and alignments of off-axis nozzle. It was noticed that simply increasing the assist gas pressure was not effective in eliminating the flow separation that occurs downstream of the kerf surface. However, it was also observed that by increasing the kerf width and utilizing off-axis nozzles, the separation of the assist gas on the kerf surface can be weakened. The effect of the distance between the nozzle exit and the kerf surface on the characteristics of separation occurring on the kerf surface was found to be lower in the case of supersonic nozzles than that in the case of sonic nozzles.
Park, Soon-Yoong;Yoon, Sang-Ho;Baek, Seung-Cheol;Kwon, Soon-Bum
Proceedings of the KSME Conference
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2003.11a
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pp.508-513
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2003
Experiments are performed to investigate the detailed structure of underexpanded twin jet impinging on a perpendicular flat plate. The major parameters, such as nozzle operating pressure and nozzle spacing, are varied to create different jet flow fields resulted from the complicated interactions of the twin jets. From the surface pressure measurements and shadowgraphs taken by schlieren optical system, the jet structure is strongly dependent on the nozzle operation pressure and the spacing. The results obtained show that the closer nozzle spacing may induce to decrease the diameter of the Mach disk within the first shock cell in the underexpanded twin jet. With the increasing nozzle operating pressure and decreasing the nozzle spacing, a new shock wave appears at the entrainment region between the two jets, due to the enhancement of mixing effect of the both jets. The closer nozzle spacing makes the overall impinging pressure level higher, while severe pressure oscillation along the axis of symmetry. Furthermore it is recommended the wider spacing to obtain higher thrust under the present experimental conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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