The design of a nuclear reactor core requires basic thermal-hydraulic information concerning the heat transfer regime at which onset of nucleate boiling (ONB) will occur, the pressure drop and flow rate through the reactor core, the temperature and power distributions in the reactor core, the departure from nucleate boiling (DNB), the condition for onset of flow instability (OFI), in addition to, the critical velocity beyond which the fuel elements will collapse. These values depend on coolant velocity, fuel element geometry, inlet temperature, flow direction and water column above the top of the reactor core. Enough safety margins to ONB, DNB and OFI must-emphasized. A heat transfer package is used for calculating convection heat transfer coefficient in single phase turbulent, transition and laminar regimes. The main objective of this paper is to study the possibility of power upgrading of WWR-S research reactor from 2 to 10 MWth. This study presents a one-dimensional mathematical model (axial direction) for steady-state thermal-hydraulic design and analysis of the upgraded WWR-S reactor in which two types of plate fuel elements are employed. FOR-CONV computer program is developed for the needs of the power upgrading of WWR-S reactor up to 10 MWth.
Two-phase flow and heat transfer characteristics during the reflood phase of a single heated rod in the KHU reflood experimental facility were examined. Two-phase flow behavior during the reflooding experiment was carefully visualized along with transient temperature measurement at a point inside the heated rod. By numerically solving one-dimensional inverse heat conduction equation using the measured temperature data, time-resolved wall heat flux and temperature histories at the interface of the heated rod and coolant were obtained. Once water coolant was injected into the test section from the bottom to reflood the heated rod of >700℃, vast vapor bubbles and droplets were generated near the reflood front and dispersed flow film boiling consisted of continuous vapor flow and tiny liquid droplets appeared in the upper part. Following the dispersed flow film boiling, inverted annular/slug/churn flow film boiling regimes were sequentially observed and the wall temperature gradually decreased. When so-called minimum film boiling temperature reached, the stable vapor film between the heated rod and coolant was suddenly collapsed, resulting in the quenching transition from film boiling into nucleate boiling. The moving speed of the quench front measured in the present study showed a good agreement with prediction by a correlation in literature. The obtained results revealed that typical two-phase flow and heat transfer behaviors during the reflood phase of overheated fuel rods in light water nuclear reactors are well reproduced in the KHU facility. Thus, the verified reflood experimental facility can be used to explore the effects of other affecting parameters, such as CRUD, on the reflood heat transfer behaviors in practical nuclear reactors.
A two-dimensional "twin-jet counterflow" burner has been designed for the better understanding of the stability of turbulent flames. This flow system enables one to systematically investigate various effects on non-premixed flames, including the effects of curvature, negative strain, and non-premixed flame interactions. The objective of this study is comparing characteristics of extinction of non-premixed methane flames with that of non-premixed propane flames investigated previously. The extinction limit of non-premixed methane and propane flames can be extended compare to that for the conventional counterflow non-premixed flame because of the existence of petal shaped flame and have same structure. The hysteresis in transition between the petal shaped flame and the curved two-wing flames could be observed. We could find differences between non-premixed methane flame and non-premixe propane flame such as the position of one wing extinction and the regime of one wing extinction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.11
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pp.1440-1448
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2004
Multiple solutions in natural convection of air (Pr=0.7) between two horizontal walls with mean temperature difference and the same periodic nob-uniformities are investigated. An analytical solution is found for small Rayleigh number, and the general solution is investigated by using a numerical method. In the conduction-dominated regime, two upright cells are formed between two walls over one wave length. When the wave number is small, the flow becomes unstable with increase of the Rayleigh number, and multicellular convection occurs above a critical Rayleigh number. The multicellular flows at high Rayleigh numbers consist of approximately square-shape cells. And several kinds of multiple flows classified by the number of cells are found.
A numerical study is conducted on the optical fiber coating flow in a primary coating nozzle consisting of three major parts: a resin chamber, a contraction and a coating die of small diameter. The flow is driven by the optical fiber penetrating the center of the nozzle at a high speed. The axisymmetric two-dimensional flow and heat transfer induced by viscous heating are examined based on the laminar flow assumption. Numerical experiments are performed with varying the convergent angle of nozzle contraction and the optical fiber drawing speed. The numerical results show that for high drawing speed greater than 30 m/s, there is a transition in the essential flow features depending on the convergent angle. For a large convergent angle greater than $30^{\circ}$, unfavorable multicellular flow structures are monitored, which could be associated with wall boundary-layer separation. In the regime of small convergent angle, as the angle increases, the highest resin temperature at the exit of die and the coating thickness decrease but the sensitivity of coating thickness on drawing speed and the maximum shear strain of resin on the optical fiber increase. The effects of the convergent angle are discussed in view of compromise searching for an appropriate angle for high-speed optical fiber coating.
The temporal evolution of wake behind a circular cylinder oscillating rotationally with a relatively high forcing frequency has been investigated experimentally using a dynamic PIV technique. Experiments were carried out with varying the frequency ratio $F_R\;(=f_f/f_n)$ in the range from 0.0 (stationary) to 1.6 at oscillation amplitude of ${\theta}_A=30^{\circ}$ and Reynolds number of $Re=4.14{\times}10^3$. Depending on the forcing condition ($F_R$), the flow was divided into three regimes; non-lock-on ($F_R=0.4$), transition ($F_R=0.8$, 1.6) and lock-on regimes ($F_R=1.0$) with markedly different flow structure in the near-wake region behind the cylinder. When the frequency ratio was less than 1.0 ($F_R{\le}1.0$), the rotational oscillatory motion of the cylinder decreased the length of the vortex formation region and enhanced the mutual interaction between large-scale vortices across the wake centerline. The entrainment of ambient fluid seemed to play an important role in controlling the near-wake flow and shear-layer instability. However, the flow characteristics changed markedly beyond the lock-on flow regime ($F_R=1.0$) due to high-frequency forcing. At $F_R=1.6$, the mutual interactions between the vortices shed from both sides of the cylinder were not so strong. Thereby, the flow entrainment and momentum transfer into the wake center region were reduced. In addition, the size of the large-scale vortices decreased since the lateral extent of the wake was suppressed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.11
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pp.1540-1548
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2000
Near-wake flow field downstream of a circular cylinder in the wake-transition regime where fine-scale secondary vortices have a spanwise wavelength of around one diameter has been studied by means of phase-averaging from cinematic PIV data. A cross-correlation algorithm in conjunction with the FFT(Fast Fourier Transform)analysis and an offset correlation technique is used for obtaining the velocity vectors. Which the help of very high sampling rate compared to the shedding frequency, it is possible to obtain phase-averaged flow fields although the shedding is not forced but natural. Phase -locked three-dimensional vortical structures are reconstructed form the phase-averaged data in one x-y(cross-sectional) and several z-x(spanwise-streamwise)planes. In this process of phase-averaging in a z-x plane, a technique to freeze the secondary vortices relative to the centerline is applied. The formation process of the secondary vortices is shown by considering spatial relations between the primary Karman and the secondary vortices and their temporal evolutions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.10
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pp.1355-1364
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2001
Characteristics of secondary vortices is topologically investigated in the near-wake region of a circular cylinder, where the Taylor's hypothesis does nut hold. The three-dimensional flow fields in the wake-transition regime were measured by a time-resolved PIV for various planes of view. The convection velocities of the Karman and secondary vortices are evaluated from the trajectory of the vortex center. Then, saddle points are determined by applying the critical point theory. It is shown that the inclination angle of the secondary vortices agrees well with the previous experimental data. The flow fields in a moving frame of reference have several critical points and the mushroom-like structure appears in the streamline patterns of the secondary vortices. Since the distributions of fluctuating Reynolds stresses defined by triple decomposition are closely related with the existence of secondary vortices, the physical meaning of them is explained in conjunction with the vortex center and saddle point trajectories.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.866-870
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2008
In this study, we designed cold gas propulsion system with minimum 0.25 mm nozzle and micro-thrust measurement system to analyze flow characteristic of micro propulsion system in ambient and vacuum condition. Argon and Nitrogen are used for propellant and the result of experiments is compared with CFD analysis and theory. But there is a point where reduced scale versions of conventional propulsion systems will no longer be practical. Therefore, a fundamentally different approach to propulsion systems was taken. That is thermal transpiration based micro propulsion system. It has no moving parts such as lubricants, pressurizing system and can pump the gaseous propellant by temperature gradient only(cold to hot). We are advancing basic research of propulsion system based on thermal transpiration in vacuum conditions and had tried experiment process and theoretical access in advance. To characterize membrane of Knudsen pump, we select Polyimide material that has low thermal conductivity(0.29 W/mK) and can stand high temperature($300^{\circ}C$) for long time. And we fabricated hole diameter 1, 0.5, 0.2, 0.1 mm using precision manufacturing. Experimental results show that pressure gradient efficiency of Knudsen pump is increased to maximum 82% according to Knudsen number and thick membranes are more effective than thin membranes in transition flow regime.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.4
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pp.43-48
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2013
A study is analyzed on the adverse pressure gradient and the transient regime of supersonic diffuser with Computational Fluid Dynamic. The flow field of supersonic diffuser is calculated using Axisymmetric two-dimensional Navier-Stokes equation with $k-{\epsilon}$ turbulence model. The transient simulation is compared in terms of mach number and static temperature of vacuum chamber according to pressure variation of rocket engine combustion chamber. Combustion gas flow into the vacuum chamber during operation of the supersonic diffuser. According to this phenomenon, the pressure and the temperature rise in the vacuum chamber were observed. Thus, the protection system will be necessary to prevent the pressure and temperature rise in the transition process during operation of the subsonic diffuser.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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