New 80-MW (electric) ultra-long-life sodium cooled fast reactor core having inherent safety characteristics is designed with heterogeneous fuel assemblies comprised of driver and blanket fuel rods. Several options using upper sodium plenum and SSFZ (Special Sodium Flowing Zone) for reducing sodium void reactivity are neutronically analyzed in this core concept in order to improve the inherent safety of the core. The SSFZ allowing the coolant flow from the peripheral fuel assemblies increases the neutron leakage under coolant expansion or voiding. The Monte Carlo calculations were used to design the cores and analyze their physics characteristics with heterogeneous models. The results of the design and analyses show that the final core design option has a small burnup reactivity swing of 618 pcm over ~54 EFPYs cycle length and a very small sodium void worth of ~35pcm at EOC (End of Cycle), which leads to the satisfaction of all the conditions for inherent safety with large margin based on the quasi-static reactivity balance analysis under ATWS (Anticipated Transient Without Scram).
Wan Ismail, Wan Ishak;Yahya, Azmi;Bardaie, Mohd. Zohadie
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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1996.06c
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pp.569-581
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1996
A microcomputer -based data acquistion system was designed and developed at Michigan State University , USA to conduct field data studies. The system designed for the research carried out used an Apple IIe microcomputer for collecting data on-board the tractor. An AII3 Analog to Digital (A/D_ convertor was chosen to interface each analog signal to the microcomputer. A commercially available Dj TPM II was employed to display information such as an engine speed, ground speed, percent drive wheel slip , distance travelled and area covered per hour. The frequency output from the radar unit was channeled through a frequency to voltage (F/V) convertor , so that AII3 Analog to Digital (A/D) convertor could read it. The fuel consumption was measured using on EMCO pdp-1 fuel flow meter attached to the engine fuel line. The draft of the tillage and other drag equipment was determined using strain gages attached to the drawbar of the tractor. The system was developed to collect the draft and fuel requirements for various farm equipment different kind of soils.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.9
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pp.1185-1194
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2000
The characteristics of intake port flow and engine performance with swirl ratio variance in a turbocharged D.I. diesel engine were studied in this paper. The intake port flow is important factor which have influence on the engine performance and exhaust emission because the properties in the injected fuel depend on the combustion characteristics. Through these experiments it can be expected to satisfy performance and emission by optimizing the main parameters; the swirl ratio of intake port, injection timing and compression ratio. The swirl ratio for ports was modified by hand-working and measured by impulse swirl meter. For the effects on performance and emission, the brake torque and brake specific fuel consumption were measured by engine dynamometer, NOx and smoke were measured by gas analyzer and smoke meter. The results of steady flow test are as follows; as the valve eccentricity ratio are closed to cylinder wall, the flow coefficient and swirl intensity are increased. Also we realized that there is a trade-off that the increase of swirl ratio decreases mean flow coefficient and increases the Gulf factor. And the optimum parameters to meet performance and emission through engine test are as follows; the swirl ratio 2.43, injection timing BTDC 13oCA and compression ratio 15.5.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1262-1272
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2003
A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the dynamic behaviors of a single vortex in counter reacting and non-reacting flow field. A predictor-corrector-type numerical scheme with a low Mach number approximation is used in this simulation. A 16-step augmented reduced mechanism is adopted to treat the chemical reaction. The budget of the vorticity transport equation is examined to reveal a mechanism leading to the formation, destruction and transport of a single vortex according to the direction of vortex generation in reacting and non-reacting flows. The results show that air-side vortex has more larger strength than that of fuel-side vortex in both non-reacting and reacting flows. In reacting flow, the vortex is more dissipated than that in non-reacting flow as the vortex approach the flame. The total circulation in reacting flow, however, is larger than that in non-reacting flow because the convection transport of vorticity becomes much large by the increased velocity near the flame region. It is also found that the stretching and the convection terms mainly generate vorticity in non-reacting and reacting flows. The baroclinic torque term generates vorticity, while the viscous and the volumetric expansion terms attenuate vorticity in reacting flow. Furthermore, the contribution of volumetric expansion term on total circulation for air-side vortex is much larger than that of fuel-side vortex. It is also estimated that the difference of total circulation near stagnation plane according to the direction of vortex generation mainly attributes to the convection term.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.6
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pp.53-60
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2002
Based on the analyses of the single transverse injection in supersonic flow fields, the mixing characteristics of dual transverse injection of hydrogen in supersonic air flow are studied with computational methods. Three-dimensional Navier -Stokes and the k-$\omega$ SST turbulence model were used. A parametric study is conducted with the variation of the distance between two injectors. The flow patterns and the mixing characteristics of two injection flows are very different from each other, and the flow patterns and the mixing characteristics of the rear injection flow are strongly influenced by those of the first injection flow. The increase of the distance between two injectors up to a specific distance results in the increase of mixing rate and penetration of fuel. However, the increase of the distance over the specific distance results in the decrease of mixing rate and penetration of fuel. From the results it can be stated that there exists a distance between two injectors for optimum mixing characteristics.
As a valid numerical method to obtain a high-resolution result of a flow field, computational fluid dynamics (CFD) have been widely used to study coolant flow and heat transfer characteristics in fuel rod bundles. However, the time-consuming, iterative calculation of Navier-Stokes equations makes CFD unsuitable for the scenarios that require efficient simulation such as sensitivity analysis and uncertainty quantification. To solve this problem, a reduced-order model (ROM) based on proper orthogonal decomposition (POD) and machine learning (ML) is proposed to simulate the flow field efficiently. Firstly, a validated CFD model to output the flow field data set of the rod bundle is established. Secondly, based on the POD method, the modes and corresponding coefficients of the flow field were extracted. Then, an deep feed-forward neural network, due to its efficiency in approximating arbitrary functions and its ability to handle high-dimensional and strong nonlinear problems, is selected to build a model that maps the non-linear relationship between the mode coefficients and the boundary conditions. A trained surrogate model for modes coefficients prediction is obtained after a certain number of training iterations. Finally, the flow field is reconstructed by combining the product of the POD basis and coefficients. Based on the test dataset, an evaluation of the ROM is carried out. The evaluation results show that the proposed POD-ROM accurately describe the flow status of the fluid field in rod bundles with high resolution in only a few milliseconds.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.2
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pp.185-189
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2010
This study considered the feasibility of controlling the air concentration by oscillating flow in fuel cell channels. The fuel cell stack performance is largely influenced by the air concentration. If the air concentration is lower than 2.5 times the stoichiometric of the inlet air, the fuel cell stack performance seriously deteriorates because of air starvation. In this respect, optimizing the air concentration is crucially important to maximizing the fuel cell stack performance. In this work, the effects of oscillating actuation were studied to control the concentration. Studies have shown that there are two non-dimensional key parameters related to the frequency and oscillating amplitude. This paper presents how those parameters affect the performance of the stack.
A fuel cell is an electrochemical device continuously converting the chemical energy in a fuel and an oxidant to electrical energy by going through an essentially invariant electrode-electrolyte system. Phosphoric acid fuel cell employs concentrated phosphoric acid as an electrolyte. The cell stack in the fuel cell, which is the most important part of the fuel cell system, is made up of anode where oxidation of the fuel occurs cathode where reduction of the oxidant occurs; and electrolyte, to separate the anode and cathode and to conduct the ions between them. Fuel cell performance is associated with many parameters such as operating and design parameters associated with the system configuration. In order to understand the design concepts of the phosphoric fuel cell and predict it's performance, we have here introduced the simulation of the fuel-cell stack which is core component and modeled in a 3-dimensional grid space. The concentration of reactants and products, and the temperature distributions according to the flow rates of an oxidant are computed by the help of a computational fluid dynamic code, i.e., FLUENT.
Park, Sang-Jun;Mutembei, Mutegi Peter;Namgung, Ihn
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.13
no.1
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pp.33-39
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2017
This paper describes the system engineering approach for the heat transfer analysis of plus7 fuel rod for APR1400 using, a commercial software, ANSYS. The fuel rod is composed of fuel pellets, fill gas, end caps, plenum spring and cladding. The heat is transferred from the pellet outward by conduction through the pellet, fill gas and cladding and further by convection from the cladding surface to the coolant in the flow channel. The goal of this paper is to demonstrate the temperature and heat flux change from the fuel centerline to the cladding surface when having maximum fuel centerline temperature at 100% power. This phenomenon is modelled using the ANSYS FEM code and analyzed for steady state temperature distribution across the fuel pellet and clad and the results were compared to the standard values given in APR1400 SSAR. Specifically the applicability of commercial software in the evaluation of nuclear fuel temperature distribution has been accounted. It is note that special codes have been used for fuel rod mechanical analysis which calculates interrelated effects of temperature, pressure, cladding elastic and plastic behavior, fission gas release, and fuel densification and swelling under the time-varying irradiation conditions. To satisfactorily meet this objective we apply system engineering methodologies to formulate the process and allow for verification and validation of the results acquired. The close proximity of the results obtained validated the accuracy of the FEM analysis of the 2D axisymmetric model and 3D model. This result demonstrated the validity of commercial software instead of proprietary in-house code that is more costly to develop and maintain.
The characteristics of combustion and emissions in multi-staged oil burner have been experimentally studied for the various range of equivalence ratios, drop sizes and fuel formulations. Malvern system was used to measure droplet size of fuel. Light fuel oil and light fuel oil doped with pyridine($C_5H _5N$) were used to investigate the effects on fuel NOx emission. The emissions of NO and CO in exhaust gas and the flame temperatures were measured by the gas analyzer and thennocouples. NOx emissions were increased by increasing the excess air ratio (range:$lambda=1.1-1.4$) or decreasing the SMD of droplet in single-staged burner. In comparison with the single-staged burner, the emission of NOx in multi-staged burner was reduced by 50% but CO emission was slightly increased. It is found that multi-staged burner has a good capability in reducing thermal NOx resulting from the distributed heat release rate and lower flame temperature in fuel-rich and fuel-lean combustion zone. Moreover, the fuel NOx emission of the multi-staged burner is lower than that of single-staged burner, because multi-staged burner has fuel rich zone where fuel N is converted to $N_2$ more than NO. In 3-staged burner, the percentage of each stage combustion air have strong influence on emission characteristics. It is also found that NOx emission can be reduced by decreasing inner and outer air percentage or increasing middle air flow rate and CO emission is vice versa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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