I. Ipatova;G. Greaves;D. Terentyev;M.R. Gilbert;Y.-L. Chiu
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.4
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pp.1490-1500
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2024
Helium-induced defect nucleation and accumulation in polycrystalline W and W0.5 wt%ZrC (W0.5ZrC) were studied in-situ using the transmission electron microscopy (TEM) combined with 40 keV He+ irradiation at 800 and 1000℃ at the maximum damage level of 1 dpa. Radiation-induced dislocation loops were not observed in the current study. W0.5ZrC was found to be less susceptible to irradiation damage in terms of helium bubble formation and growth, especially at lower temperature (800 ℃) when vacancies were less mobile. The ZrC particles present in the W matrix pin the forming helium bubbles via interaction between C atom and neighbouring W atom at vacancies. This reduces the capability of helium to trap a vacancy which is required to form the bubble core and, as a consequence, delays, the bubble nucleation. At 1000 ℃, significant bubble growth occurred in both materials and all the present bubbles transitioned from spherical to faceted shape, whereas at 800 ℃, the faceted helium bubble population was dominated in W.
As the temperature of liquid under negative pressure approaches the absolute zero, the nucleation process due to thermal fluctuations hardly occurs. Instead of this mechanism, quantum fluctuations may lead the formation of nucleus for new phase in metastable state. In this study, the thermal as well as quantum nucleation bubble in liquid helium under negative pressure was investigated theoretically. The energy barrier against nucleation was estimated by molecular interaction due to the Londom dispersion force. It is shown that the phase transition from liquid to vapor in is possible due to the quantum tunneling below 0.2 K for Helium-4 and 0.1 K for Helium-3, at negative pressures close to the ideal tensile strength at which every liquid molecules become bubbles simultaneously.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.16
no.3
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pp.287-292
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2004
An experimental investigation was carried out to study the performance of a bubble pump for the diffusion absorption refrigerating system. Ammonia was used as the refrigerant and the helium was charged in order to balance the pressure between the low and high pressure side. As experimental variables, the concentration of ammonia charged into system, heat input, and the pressure of helium were selected. Experimental results show that the generation rate of ammonia vapor and the circulation rate of diluted ammonia solution were increased as the heat input increases, but the ratio of the solution to vapor flow rate was decreased. The generation rate of refrigerant vapor and the circulation rate of diluted ammonia solution increased as the system pressure decreased. Finally under the condition of 25 bars, the concentration of rich ammonia solution was not affected by the generation rate of ammonia vapor and the circulation of diluted ammonia solution.
In this article, vapor bubble nucleation in liquid and the evaporation process of a liquid droplet at its superheat limit were discussed from the viewpoint of molecular clustering (molecular cluster model for bubble nucleation). For the vapor bubble formation, the energy barrier against bubble nucleation was estimated by the molecular interaction due to the London dispersion force. Bubble nucleation by quantum tunneling in liquid helium under negative pressure near the absolute zero temperature and bubble nucleation on cavity free micro heaters were also presented as the homogenous nucleation processes.
Xia, L.D.;Liu, W.B.;Liu, H.P.;Zhang, J.H.;Chen, H.;Yang, Z.G.;Zhang, C.
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.1
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pp.132-139
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2018
Nanocrystalline reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steel samples were prepared using surface mechanical attrition treatment (SMAT). Un-SMATed and SMATed reduced activation ferritic/martensitic samples were irradiated by helium ions at $200^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$ with 2 dpa and 8 dpa, respectively, to investigate the effects of grain boundaries (GBs) and temperature on the formation of He bubbles during irradiation. Experimental results show that He bubbles are preferentially trapped at GBs in all the irradiated samples. Bubble denuded zones are clearly observed near the GBs at $350^{\circ}C$, whereas the bubble denuded zones are not obvious in the samples irradiated at $200^{\circ}C$. The average bubble size increases and the bubble density decreases with an increasing irradiation temperature from $200^{\circ}C$ to $350^{\circ}C$. Both the average size and density of the bubbles increase with an increasing irradiation dose from 2 dpa to 8 dpa. Bubbles with smaller size and lower density were observed in the SMATed samples but not in the un-SMATed samples irradiated in the same conditions, which indicate that GBs play an important role during irradiation, and sink strength increases as grain size decreases.
Won Jun Choi;Jae Hyung Park;Juhyeong Lee;Jihun Im;Yunsik Cho;Yonghee Kim;Sung Joong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.3
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pp.1002-1012
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2024
To remove insoluble fission products, which could possibly cause reactor instability and significantly reduce heat transfer efficiency from primary system of molten salt reactor, a helium bubbling method is employed into a passive molten salt fast reactor. In this regard, two-phase flow behavior of molten salt and helium bubbles was investigated experimentally because the helium bubbles highly affect the circulation performance of working fluid owing to an additional drag force. As the helium flow rate is controlled, the change of key thermal-hydraulic parameters was analyzed through a two-phase experiment. Simultaneously, to assess the applicability of numerical model for the analysis of two-phase flow behavior, the numerical calculation was performed using the OpenFOAM 9.0 code. The accuracy of the numerical analysis code was evaluated by comparing it with the experimental data. Generally, numerical results showed a good agreement with the experiment. However, at the high helium injection rates, the prediction capability for void fraction of helium bubbles was relatively low. This study suggests that the multiphaseEulerFoam solver in OpenFOAM code is effective for predicting the helium bubbling but there exists a room for further improvement by incorporating the appropriate drag flux model and the population balance equation.
A compressible multiphase flow was investigated using a DIM consisting of seven equations, including the fifth-order MLP and a modified HLLC Riemann solver to achieve a precise interface structure of liquid and gas. The numerical methods were verified by comparing the flow structures of the high-pressure water and low-pressure air in the shock tube. A 2D air-helium shock-bubble interaction at the incident shock wave condition (Mach number 1.22) was numerically solved and verified using the experimental results.
Sub-cooling of cryogenic propellant by helium injection is one of the most effective
methods for suppressing bulk boiling and keeping sub-cooled liquid oxygen before
rocket launch. In order to design the cooling system, understanding of the limitations
of heat and mass transfer is required. In this paper, an analytical model for the helium
injection system is presented. This model's main feature is the representation of
bubbling system using finite-rate heat transfer and instantaneous mass transfer concept.
With this simplified approach, the effect of helium injection to liquid oxygen system
under several circumstances is examined. Experimental results along with simulations of
single bubble rising in liquid oxygen and bubbling system are presented with various
helium injection flow rates, and with change of oxygen chamber pressure.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.12
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pp.1145-1153
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2005
3D-PTV measurement has been carried out for the inner flows of a refrigerator. To visualize the air flows three-dimensionally, a helium bubble generator has been used for the 3D-PTV measurements. Three-dimensional flow field of the refrigerator's compartments have been reconstructed by the results obtained by the 3D-PTV Measurements on the electric power-consumption was also carried out in order to evaluate the improvements of the flow characteristics. It was verified that $3\%$ of power consumption was saved by improving the flow passages and characteristics.
A PFA lined ball valve, which is machined with fluorinated resin PFA to its inner part for improving corrosion resistance, non-stickness, heat-resistance, has been widely used to the chemical/pharmaceutical industries, the semiconductor/LCD manufacturing processes, etc. with the high purity chemicals as working fluid. EPA stated that 60% of all fugitive emissions come from the valve stem packing in a typical petroleum or chemical processing plant. They monitor regulated components for leaks and maintain seal performance at acceptable levels. Korean industrial standards only deals with the bubble test for in-line leakage of valves, which has the detectable leak rate of $10^{-4}$ [$mbar{\cdot}L{\cdot}s^{-1}$], therefore, it is not sufficient to check fugitive emissions. In this study, we conducted Helium leak detection from a PFA lined ball valve and evaluated fugitive emissions according to ISO 15848-1, which has the detectable leak rate of $10^{-9}$ [$mbar{\cdot}L{\cdot}s^{-1}$], for manufacturing the high-reliable PFA lined ball valves against fugitive emissions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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