In this study, R-123 flow boiling experiments were carried out to investigate the effects of nanoparticle deposition on heater surfaces on flow critical heat flux (CHF) and boiling heat transfer. It is known that CHF enhancement by nanoparticles results from porous structures that are very similar to layers of Chalk River unidentified deposit formed on nuclear fuel rod surfaces during the reactor operation period. Although previous studies have investigated the surface effects through surface modifications, most studies are limited to pool boiling conditions, and therefore, the effects of porous surfaces on flow boiling heat transfer are still unclear. In addition, there have been only few reports on suppression of wetting for decoupled approaches of reasoning. In this study, bare and $Al_2O_3$ nanoparticle-coated surfaces were prepared for the study experiments. The CHF of each surface was measured with different mass fluxes of $1,600kg/m^2s$, $1,800kg/m^2s$, $2,100kg/m^2s$, $2,400kg/m^2s$, and $2,600kg/m^2s$. The nanoparticle-coated tube showed CHF enhancement up to 17% at a mass flux of $2,400kg/m^2s$ compared with the bare tube. The factors for CHF enhancement are related to the enhanced rewetting process derived from capillary action through porous structures built-up by nanoparticles while suppressing relative wettability effects between two sample surfaces as a highly wettable R-123 refrigerant was used as a working fluid.
Smoldering is a non-flaming combustion mode, characterized by thermal degradation and c charring of the virgin material, evolution of smoke and emission of visible glow. A big fire may @ occur even in a confined environment having a limited amount of oxygen, due to smoldering c combustion through a porous solid material. This paper presents a theoretical analysis on the effect of smoldering combustion on fire occurrence based on a report about fire investigation of a real f fire accident. It is assumed that the propagation of the smolder wave is one-dimensional, d downward, opposing an upward forced flow and steady in a frame of reference moving with the s smolder wave. Smoldering combustion is modeled by a one-step reaction mechanism, without c considering pyrolysis. It is found that dominant parameters controlling smoldering combustion i include mass flux of oxidizer entering the reaction zone and void fraction of solid fuel. It is also found that the mechanism of transition to flaming is critically influenced by these two parameters.
Experimental investigation on flame spread of blended fuel droplet arrays has been conducted for droplet diameters of 1.0mm and 0.75mm using high-speed chemiluminescence images of OH radical. The flame spread rate is measured with blended fuel composition, droplet diameter, and droplet spacing. Flame spread is categorized into two: a continuous mode and an intermittent one. There exist a limit droplet spacing, above which flame does not spread, and a droplet spacing of maximum flame spread, which is closely related to flame diameter. It is seen that flame spread rate is mainly dependent upon the relative position of flame zone within a droplet spacing. In case of large droplet, the increase of % volume of Heptane induces the shift of limit droplet spacing to a larger spacing since volatile Heptane plays a role of an enhancer of flame spread rate. In case of small droplet, the increase of % volume of Heptane leads to the shift of limit droplet spacing to a smaller droplet spacing. This is so because of the delayed chemical reaction time by the rapid increase of mass flux of fuel vapor for small droplet.
Six shear coaxial injectors for a 3 tonf-class liquid rocket engine using oxygen and methane as propellants were designed and manufactured by considering geometric design parameters such as a recess length and a taper angle. Cold-flow tests on the injectors were performed using water and air as simulants. By changing the water mass flow rate and air mass flow rate, the injection pressure drop under single-injection and bi-injection was measured. The discharge coefficients through the injector oxidizer-side and fuel-side were calculated and the discharge coefficient ratio between bi-injection and single-injection was obtained. Under single-injection, the recess served to reduce the injection pressure drop on the injector fuel-side. For the injectors without recess, the discharge coefficients under bi-injection were almost the same as those under single-injection. However, for the injectors with recess, the taper angle and bi-injection had a significant effect on the discharge coefficient.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.4
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pp.79-88
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2017
Ignition test of the fuel-rich propellant coated with ignition support material in the ramjet combustor condition was conducted. Ignition delay and flame holding was measured. Fuel grain consist of HTPB mixed with AP particle 15 wt.%, Al particle 5 wt.%. To cause the short ignition delay, ignition support consist of $NC/BKNO_3$ and composite propellant was coated to the fuel grain. Ethanol blended $H_2O_2$ gas generator control the temperature, pressure, $O_2$ concentration in the oxidizer gas in the air. Gas is supplied with mass flux of $200kg/m^2s$. Through the test ignition support operated well and ignition delay of 0.6 second and the Flame was sustained.
Park, Choon-Kyung;Chun, Se-Young;Seok-Cho;Yang, Sun-Ku;Chung, Moon-Ki
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.10a
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pp.522-527
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1997
A total of 386 critical flow data points from 19 runs of 27 runs in the Marviken Test were selected and compared with the predictions by the correlations based on the critical flow scaling parameters. The results show that the critical mass flux in the very large diameter pipe can be also characterized by two scaling parameters such as discharge coefficient and dimensionless subcooling( $C_{d, ref}$ and $\Delta$$T^{*}$$_{sub}$). The agreement between the measured data and the predictions are excellent.t.ons are excellent.t.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.8
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pp.69-76
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2003
For stable combustion and safety of a structure of the propulsion system, a cooling system to the liquid rocket engine should be incorporated. In this study, Eulerian-Lagrangian scheme for two phase combustion, nongray radiation and soot formation effect, and film-wall interaction have been introduced to study the effect of film cooling. After briefly introducing the governing equation, combustion characteristics with change of wall temperature has been investigated by varying such parameters as fuel mass fraction for film cooling, diameter of the fuel droplet, overall mixture fraction of oxygen to fuel. Also, radiative heat flux is compared with the conductive one at the combustor wall.
The combustion characteristics and combustion heat of sandwich panel cores were analysed using variable external irradiation level. The characteristics such as ignition time, critical heat flux, ignition temperature and surface temperature profile were measured. Fuel samples were exposed to incident heat fluxes from 15 to $50\;kW/m^2$. For the measurement of various combustion characteristics, the size of specimen was $100\;mm\;{\times}\;100\;mm\;{\times}\;50\;mm$ and the samples were 3 different kinds. As results, Type B showed the best characteristics in measurement of combustion heat and ignition temperature and Type C showd the best characteristics in critical heat flux and surface temperature profile than that of the other two. In conclusion, we knew that Type C had the best performance in fire safety from all data of this study.
Park, Jung Wook;Shin, Yeon Je;Kim, Jeong Yong;You, Woo Jun
Fire Science and Engineering
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v.33
no.1
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pp.39-44
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2019
In this study, the relationships between the material properties of the wall and the fuel mass flux in compartment fire. The fire resistant board (fire-board) and steel plate compartments are constructed with a 0.3 m width, 0.5 m height and 3.0 m length. To obtain the mass loss rate considering the location of the fire origin in compartment, experiments of a heptane pool fire are performed with a combustion area of $0.01m^2$ and $0.0225m^2$. The results show that the initial mass flux of heptane, $0.0087kg/m^2{\cdot}s$, is increased to $0.166kg/m^2{\cdot}s$ for fire board and $0.019kg/m^2{\cdot}s$ for steel plate. It means that the fire-scenario should be considered with the thermal characteristics of the material properties and geometric shapes of the compartment to predict fire propagation accurately in a compartment space.
Shitsi, Edward;Debrah, Seth Kofi;Chabi, Silas;Arthur, Emmanuel Maurice;Baidoo, Isaac Kwasi
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.842-848
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2022
Parametric studies of heat transfer and fluid flow are very important research of interest because the design and operation of fluid flow and heat transfer systems are guided by these parametric studies. The safety of the system operation and system optimization can be determined by decreasing or increasing particular fluid flow and heat transfer parameter while keeping other parameters constant. The parameters that can be varied in order to determine safe and optimized system include system pressure, mass flow rate, heat flux and coolant inlet temperature among other parameters. The fluid flow and heat transfer systems can also be enhanced by the presence of or without the presence of particular effects including gravity effect among others. The advanced Generation IV reactors to be deployed for large electricity production, have proven to be more thermally efficient (approximately 45% thermal efficiency) than the current light water reactors with a thermal efficiency of approximately 33 ℃. SCWR is one of the Generation IV reactors intended for electricity generation. High Performance Light Water Reactor (HPLWR) is a SCWR type which is under consideration in this study. One-eighth of a proposed fuel assembly design for HPLWR consisting of 7 fuel/rod bundles with 9 coolant sub-channels was the geometry considered in this study to examine the effects of system pressure and mass flow rate on wall and fluid temperatures. Gravity effect on wall and fluid temperatures were also examined on this one-eighth fuel assembly geometry. Computational Fluid Dynamics (CFD) code, STAR-CCM+, was used to obtain the results of the numerical simulations. Based on the parametric analysis carried out, sub-channel 4 performed better in terms of heat transfer because temperatures predicted in sub-channel 9 (corner subchannel) were higher than the ones obtained in sub-channel 4 (central sub-channel). The influence of system mass flow rate, pressure and gravity seem similar in both sub-channels 4 and 9 with temperature distributions higher in sub-channel 9 than in sub-channel 4. In most of the cases considered, temperature distributions (for both fluid and wall) obtained at 25 MPa are higher than those obtained at 23 MPa, temperature distributions obtained at 601.2 kg/h are higher than those obtained at 561.2 kg/h, and temperature distributions obtained without gravity effect are higher than those obtained with gravity effect. The results show that effects of system pressure, mass flowrate and gravity on fluid flow and heat transfer are significant and therefore parametric studies need to be performed to determine safe and optimum operating conditions of fluid flow and heat transfer systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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