Since a typical plate heat exchanger is made up of a huge number of unitary cells, it may be impossible to predict the aero-thermal performance of the full scale heat exchanger through three-dimensional numerical simulation due to the enormous amount of computing resources and time required. In the present study, a simple flow-network model using the friction factor correlation and a thermal-network model based on the effectiveness-number of transfer units (${\varepsilon}$-NTU) method has been developed. The complicated flow pattern inside the cross-corrugated heat exchanger has been modeled into flow and thermal networks. Using this model, the heat transfer between neighboring streams can be considered, and the pressure drop and the heat transfer rate of full-scale heat exchanger matrix are calculated. In the calculation, the aero-thermal performance of each unitary cell of the heat exchanger matrix was evaluated using correlations of the Fanning friction factor f and the Nusselt number Nu, which were calculated by unitary-cell CFD model.
In order to enhance the dynamic and interactive simulation capability of a system thermal hydraulic code for nuclear power plant, applicability of flow network models in SINDA/FLUIN $T^{™}$ has been tested by modeling feedwater system and coupling to DSNP which is one of a system thermal hydraulic simulation code for a pressurized heavy water reactor. The feedwater system is selected since it is one of the most important balance of plant systems with a potential to greatly affect the behavior of nuclear steam supply system. The flow network model of this feedwater system consists of condenser, condensate pumps, low and high pressure heaters, deaerator, feedwater pumps, and control valves. This complicated flow network is modeled and coupled to DSNP and it is tested for several normal and abnormal transient conditions such turbine load maneuvering, turbine trip, and loss of class IV power. The results show reasonable behavior of the coupled code and also gives a good dynamic and interactive simulation capabilities for the several mild transient conditions. It has been found that coupling system thermal hydraulic code with a flow network code is a proper way of upgrading simulation capability of DSNP to mature nuclear plant analyzer (NPA).
A recently developed electro-thermal simulation methodology is used to analyze the behavior of a PWM(Pulse-Width-Modulated) voltage source inverter which uses IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) as the switching devices. In the electro-thermal network simulation methdology, the simulator solves for the temperature distribution within the power semiconductor devices(IGBT electro-thermal model), control logic circuitry, the IGBT gate drivers, the thermal network component models for the power silicon chips, package, and heat sinks as well as the current and voltage within the electrical network. The thermal network describes the flow of heat form the chip surface through the package and heat sink and thus determines the evolution of the chip surface temperature used by the power semiconductor device models. The thermal component model for the device silicon chip, packages, and heat sink are developed by discretizing the nonlinear heat diffusion equation and are represented in component from so that the thermal component models for various package and heat sink can be readily connected to on another to form the thermal network.
Kim, Kyu-Seob;Lee, Byeong-Hwa;Jung, Jae-Woo;Hong, Jung-Pyo
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제9권3호
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pp.893-898
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2014
Recently, the interior permanent synchronous motor (IPMSM) has been applied to an integrated starter and generator (ISG) for hybrid electric vehicles. In the design of such a motor, thermal analysis is necessary to maximize the power density because the loss is proportional to the power of a motor. Therefore, a cooling device as a heat sink is required internally. Generally, a cooling system designed with a water jacket structure is widely used for electric motors because it has advantages of simple structure and cooling effectiveness. An effective approach to analyze an electric machine with a water jacket is a thermal equivalent network. This network is composed of thermal resistance, a heat source, and thermal capacitance that consider the conduction, convection, and radiation. In particular, modeling of the cooling channel in a network is challenging owing to the flow of the coolant. In this paper, temperature prediction using a thermal equivalent network is performed in an ISG that has a water cooled system. Then, an experiment is conducted to verify the thermal equivalent network.
A typical heat exchanger, found in many industrial sites, is made up of a large number of unitary cells, which causes difficulties when carrying out full-scale three-dimensional numerical simulations of the heat exchanger to analyze the aero-thermal performance. In the present study, a three-dimensional numerical study using a porous media model was carried out to evaluate the performance of the heat exchanger modelled in two different ways : full-scale and simplified. The pressure drop in the air side and gas side along with the overall heat transfer rate were calculated using a porous media model and the results were then compared to results obtained with a one-dimensional flow network model. The comparison between the results for two different geometries obtained using a porous media model and a one-dimensional flow network model shows good agreement between the simplified geometry and the one-dimensional flow network model. The full-scale geometry shows reasonable differences caused by the geometry such as sudden expansion and contraction.
This paper describes controller design and implementation method for controlling the temperature distribution in a thermal stratified wind tunnel(TSWT) by using a neural network algorithm. It is impossible to derive a mathematical model of the relation between heat inputs and temperature outputs in the test section of the TSWT governed by a nonlinear turbulent flow. Thus inverse neural network models with a multi layer perceptron structure are used in a feedforward control loop and feedback control loop to generate an arbitrary temperature distribution in the test section of the TSWT.
The extreme steam temperature deviation experienced in the superheater of a tangentially fired boiler can seriously affect its economic and safe operation. This temperature deviation is one of the main causes of boiler tube failures. The steam temperature deviation is mainly due to the thermal load deviation in the lateral direction of the superheater. The thermal load deviation consists of several causes. One of the causes is the non-uniform heat flow distribution of burnt gas on the superheater tube system. This distribution is very difficult to measure in situ using direct experimental techniques. So, we need thermal load model to estimate the tube temperature. In this paper, we propose a thermal load distribution model by using CFD analysis and plant data. We successfully predict the tube temperature and the steam flow rate in a final superheater system from the thermal load model and one dimensional heat-flow system analysis. The proposed model and analysis method would be valuable in preventing the frequent tube failure of the final superheater tubes.
Accurately predicting the thermal hydraulic parameters of a transient reactor core under different working conditions is the first step toward reactor safety. Mass flow rate and temperature are important parameters of core thermal hydraulics, which have often been modeled as time series prediction problems. This study aims to achieve accurate and continuous prediction of core thermal hydraulic parameters under instantaneous conditions, as well as test the feasibility of a newly constructed gated recurrent unit (GRU) model based on the soft attention mechanism for core parameter predictions. Herein, the China Experimental Fast Reactor (CEFR) is used as the research object, and CEFR 1/2 core was taken as subject to carry out continuous predictive analysis of thermal parameters under transient conditions., while the subchannel analysis code named SUBCHANFLOW is used to generate the time series of core thermal-hydraulic parameters. The GRU model is used to predict the mass flow and temperature time series of the core. The results show that compared to the adaptive radial basis function neural network, the GRU network model produces better prediction results. The average relative error for temperature is less than 0.5 % when the step size is 3, and the prediction effect is better within 15 s. The average relative error of mass flow rate is less than 5 % when the step size is 10, and the prediction effect is better in the subsequent 12 s. The GRU model not only shows a higher prediction accuracy, but also captures the trends of the dynamic time series, which is useful for maintaining reactor safety and preventing nuclear power plant accidents. Furthermore, it can provide long-term continuous predictions under transient reactor conditions, which is useful for engineering applications and improving reactor safety.
기사용 핵연료 저장조에 대한 열수력 해석과 관련된 인자들이 열수력 해석에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였다. 기사용 핵연료에서 발생하는 붕괴열(decay heat)을 제거하기 위해 일어나는 자연 순환(natural circulation)현상을 모사하기 위해 단순화된 유동망(simplified flow network)해석 모델을 사용하였다. 기사용 핵연료 저장조의 각 셀에 저장되는 연료 집합체에서 발생하는 붕괴열을 제거하기 위해 흐르는 유량의 압력 손실량이 자연순환을 일으키는 밀도차이에 의해 생성되는 구동력(driving force)과 평형을 이루는 관계를 이용하여 지배 방정식을 유도하였다. 그러나 유량, 저항 계수, 붕괴열, 밀도 등의 변수들이 서로 종속 관계를 갖기 때문에 반복 계산을 통해 해를 얻게 된다. 본 해석을 적용한 영광 3, 4호기의 경우, 12채널을 고려하였고 사용되는 입력 (저항 계수, 붕괴열)을 보수적으로 결정하였다. 본 연구를 통해 영광 3, 4호기 기사용 핵연료 저장조의 열수력 특성을 구하였다. 또한 유동로를 따라 형성되는 유동 저항중에 기하학적 요인에 의한 압력 손실은, 기사용 핵연료 저장조의 경우 압력 용기내의 유동과 달리 천이 영역(transition region)이 존재하게 되므로 Reynolds수에 민감한 것을 알 수 있다. 간극 유동은 조밀화된 연료 집합체 (consolidated fuel assembly)가 아닌 경우 무시할 수 있었다.
This paper studies on the effect of DSC(Differential Scanning Calorimeter) analysis condition on the glass transition temperature of silica filled epoxy network polymer used for ultra-high voltage apparatus. The effects of temperature scanning rate specimen size and gas flow rate on measured glass transition temperature have been studied in order to select optimum thermal analysis condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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