In this study, a test bed was constructed in order to evaluate thermal efficiency of the energy pile which carries out combined roles of a structural foundation and of a heat exchanger. The energy pile in this study is designed as a large-diameter drilled shaft equipped with the heat exchange pipes which configures a W-shape and an S-shape. The drilled shaft reached to the depth of 60 m whilst the heat exchange pipes were installed to about 30 m deep from the ground surface. The W-shaped and S-shaped heat exchange pipes were installed in the opposite sections of the same drilled shaft. In-situ thermal response tests were performed for both the shapes of heat exchange pipes. To avoid underestimating the thermal performance due to hydration heat of concrete inside the drilled shaft, the in-situ thermal response tests for the energy pile were performed after four weeks since the installation of the energy pile.
Park, Sangwoo;Sohn, Jeong-Rak;Park, Yong-Boo;Ryu, Hyung-Kyou;Choi, Hangseok
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.29
no.8
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pp.37-51
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2013
An energy pile encases heat exchange pipes to exchange thermal energy with the surrounding ground formation by circulating working fluid through the pipes. An energy pile has many advantages in terms of economic feasibility and constructability over conventional Ground Heat Exchangers (GHEXs). In this paper, a coil-type PHC energy pile was constructed in a test bed and its thermal performance was experimentally and numerically evaluated to make a preliminary design. An in-situ thermal response test (TRT) was performed on the coil-type PHC energy pile and its results were compared with the solid cylinder source model presented by Man et al. (2010). In addition, a CFD numerical analysis using FLUNET was carried out to back-analyze the thermal conductivity of the ground formation from the Ttype PHC energy RT result. To study effects of a coil pitch of the coil-type heat exchange pipe, a thermal interference between the heat exchange pipes in PHC energy piles was parametrically studied by performing the CFD numerical analysis, then the effect of the coil pitch on thermal performance and efficiency of heat exchange were evaluated. Finally, an equivalent heat exchange efficiency factor for the coil-type PHC energy pile in comparison with a common multiple U-type PHC energy pile was obtained to facilitate a preliminary design method for the coil-type PHC energy pile by adopting the PILESIM2 program.
In this study, to investigate the effect of long-term performance of energy pile on ground temperature, a numerical analysis was conducted by simulating the ground where an energy pile was installed. In the analysis, a changing distance from the outer perimeter of a heat circulation pipe to the surface of concrete pile for an intermittent operation (8-hour operation, 16-hour stop) was considered. Simulation results showed that long-term heat exchange under the intermittent operation of energy pile reduced a thermal recovery in the ground and increased the ground temperature through the residual thermal energy. In addition, the ground temperature became higher as it got closer to the energy pile and increased as the distance from the outer perimeter of heat circulation pipe to the surface of concrete pile decreased.
Based on the eigenfunction expansion method, the wave-absorbing performance of a square or circular pile breakwater was investigated. Flow separation resulting from sudden contraction and expansion is generated and is the main cause of significant energy loss. Therefore, evaluation of an exact energy loss coefficient is critical to enhancing the reliability of the mathematical model. To obtain the energy loss coefficient, 2-dimensional turbulent flow is analyzed using the FLUENT commercial code, and the energy loss coefficient can be obtained from the pressure difference between upstream and downstream. It was found that energy loss coefficient of circular pile is 20% that of a square pile. To validate the fitting equation for the energy loss coefficient, comparison between the analytical results and the experimental results (Kakuno and Liu, 1993) was made for square and circular piles with good agreement. The array of square piles also provides better wave-absorbing efficiency than the circular piles, and the optimal porosity value is near P=0.1.
Open-ended pipe piles are often used for the foundations of both land and offshore structures because of their relatively low driving resistance. In this study, load tests were performed on model pipe piles installed in calibration chamber samples in order to investigate the effects of pile installation method on soil plugging and bearing capacity. Results of the test program showed that the incremental filling ratio (IFR), which is used to indicate the degree of soil plugging in open-ended piles, decreased (i) with increasing hammer weight for the same driving energy and (ii) with increasing hammer weight at the same fall height. The base and shaft resistance of the piles were observed to increase (i) with increasing hammer weight for the same driving energy and (ii) with increasing hammer weight at the given same fa11 height. The jacked pile was found to be have higher bearing capacity than an identical driven pile under similar conditions, mostly due to the more effective development of a soil plug in jacking than in driving.
This study investigates the effect of thermal stress on axial load and pile settlement of PHC energy piles. A series of numerical analyses were performed by controlling major influencing parameters such as pile arrangement, pile spacing, end-bearing condition, soil condition and pile cap stiffness. It is found that the characteristics of pile-load transfer are significantly affected by seasonal operation mode (i.e., cooling and heating) throughout the year. Also, the axial load under thermal loading increases with increasing the pile spacing. The settlement of the pile in sand is larger than that in clay because of the thermal stress generated. It is also found that thermal stress highly influences on the end-bearing pile, corner pile and rigidity of pile cap.
Chen, Xingchong;Zhang, Xiyin;Zhang, Yongliang;Ding, Mingbo;Wang, Yi
Geomechanics and Engineering
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v.20
no.4
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pp.323-331
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2020
Pile foundation is widely used for railway bridges in loess throughout northwestern China. Modeling of the loess-pile interaction is an essential part for seismic analysis of bridge with pile foundation at seismically active regions. A quasi-static test is carried out to investigate the hysteretic behaviors of pile foundation in collapsible loess. The failure characteristics of the bridge pile-loess system under the cyclic lateral loading are summarized. From the test results, the energy dissipation, stiffness degradation and ductility of the pile foundation in loess are analyzed. Therefore, a bilinear model with stiffness degradation is recommended for the nonlinearity of the bridge pier-pile-loess system. It can be found that the stiffness of the bridge pier-pile-loess system decreases quickly in the initial stage, and then becomes more slowly with the increase of the displacement ductility. The equivalent viscous damping ratio is defined as the ratio of the dissipated energy in one cycle of hysteresis curves and increases with the lateral displacement.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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2002.05a
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pp.242-242
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2002
Two MIMAS MaX fuel rods base-irradiated in a commercial PWR have been reinstrumented and irradiated at a test reactor. The fabrication data for two MOX roda are characterized together with base irradiation information. Both Rods were reinstrumented to be fitted with thermocouple to measure centerline temperature of fuel. One rod was equipped with pressure transducer for rod internal pressure whereas the other with cladding elongation detector. The post irradiation examinations for various items were performed to determine fuel and cladding in-pile behavior after base irradiation. By using well characterized fabrication and re-instrumentation data and power history, the fuel performance code, COSMOS, is verified with measured in-pile and PIE information. The COMaS code shows good agreement for the cladding oxidation and creep, and fission gas release when compared with PIE dad a after base irradiaton. Based on the re-instrumention information and power history measured in-pile, the COSMOS predicts re-instrumented in-pile thermal behaviour during power up-ramp and steady operation with acceptable accuracy. The rod internal pressure is also well simulated by COSMOS code. Therfore, with all the other verification by COSMOS code up to now, it can be concluded that COSMOS fuel performance code is applicable for the design and license for MaX fuel rods up to high burnup.
This paper presents an advanced life cycle cost (LCC) analysis of a ground source heat pump (GSHP) system and suggests a smart operation mode with a thermal performance test (TPT) and an energy pile system constructed on the site of the Incheon International Airport (IIA). First, an economic analysis of the GSHP system was conducted for the second passenger terminal of the IIA considering actual influencing factors such as government support and the residual value of the equipment. The analysis results showed that the economic efficiency of the GSHP system could be increased owing to several influential factors. Second, a multiple regression analysis was conducted using different independent variables in order to analyze the influence indices with regard to the LCC results. Every independent index, in this case the initial construction cost, lifespan of the equipment, discount rate and the amount of price inflation can affect the LCC results. Third, a GSHP system using an energy pile was installed on the site of the construction laboratory institute of the IIA. TPTs of W-shape and spiral-coil-type GHEs were conducted in continuous and intermittent operation modes, respectively, prior to system operation of the energy pile. A cooling GSHP system in the energy pile was operated in both the continuous and intermittent modes, and the LCC was calculated. Furthermore, the smart operation mode and LCC were analyzed considering the application of a thermal storage tank.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.405-412
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2002
The performance of a hammer/driving systems is a major factor which affects bearing capacity and integrity of installed piles. Hammer performance can be evaluated from the results of dynamic pile testing using Pile Driving Analyzer(PDA). By comparing the rated energy with measured maximum transferred energy(EMX), the energy transfer ratio(ETR) can be calculated. This paper based on the dynamic measurements of 442 cases in 130 piling projects and evaluated ETR according to the hammer types(hydraulic and drop hammers) and pile types(steel and concrete piles).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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