Nuclear fuel bundles are designed such that the heat flux at a-fuel pin surface should not exceed the critical heat flux (CHF) during normal operation and anticipated transient. Therefore, evaluation of the CHF for fuel bundle is demanded in an exact and reliable manner. One of the major concerns with the current application of CHF correlations is that the CHF based on circular tubes is applied to the fuel bundle subchannel analysis, mainly in terms of the hydraulic diameter with correction factors which may result in a source of possibly large uncertainties in CHF prediction. The hydraulic diameter does not recognize the local properties of fluid nor such effect as the surface curvature; the turbulence action on the convex surface is much more pronounced than that on the concave surface. Even for the tube having concave curvature, the effect of tube diameter on CHF becomes important with decreasing diameter. These facts imply that the convex curvature effect is significant and crucial to the reliable CHF prediction. This paper reviews and discusses analytical and experimental aspects of effect of transverse convex curvature in incompressible turbulent flow and heat transfer, and on CHF. Flow models to quantify this effect are briefly mentioned and future works are recommended.
The objectives of this study were to investigate the aggregate fragmentation in wet-sieving and to evaluate the relationship between the aggregate fragmentation fractal dimension and macro-porosity of upland soils, using three different textural types of soils including Gopyeng series (Fine, Typic Hapludalfs), Gyuam series (Fine silty over coarse silty, Fluvaquentic Eutrudepts), and Jungdong series (Coarse loamy, Typic Udifluvents) located in Gyeonggi province. Undisturbed soil samples with five replicates were seasonally sampled and used for measuring water stable aggregate, macropores, and physico-chemical properties of soils. The aggregate stability in wet-sieving was digitalized as three types of fragmentation fractal dimension ($D_f$), geometric mean diameter (GMD), and mean weight diameter (MWD). $D_f$ had higher correlation with GMD than with MWD. Seasonal aggregate stability showed the highest values in summer, and decreased in the order of spring and autumn. The macroporosity had higher in topsoil, in autumn, and in ridge, than in plow pan layer, in summer, and in row, respectively. The relationship between $D_f$ and macroporosity, especially more than 99 m, showed high correlation only in soils with $D_f$ less than 3.1, which means more aggregated soils compared to soils with $D_f$ more than 3.1. Besides, in the soils with the fractal dimension less than 3.1, the power function relation between saturated hydraulic conductivity and macroporosity more than 99 m had relatively high determinant coefficient, and vice versa. Therefore, it could be thought that fragmentation fractal dimension is available for confirming macroporosity induced from aggregation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.2
s.245
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pp.126-135
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2006
The pressure drop characteristics in a rotating two-pass duct with rib turbulators are investigated in the present study. The square duct has a hydraulic diameter $(D_h)$ of 26.7 mm, and $1.5mm{\times}1.5mm$ square $90^{\circ}-rib$ turbulators are attached on the leading and trailing walls. The pitch-to-rib height ratio (p/e) is 10. The distance between the tip of the divider and the outer wall of the duct is $1.0D_h$ and the width of divider wall is 6.0mm or $0.225D_h$. The Reynolds number (Re) based on the hydraulic diameter is kept constant at 10,000 to exclude the Reynolds effect, and the rotation number (Ro) is varied from 0.0 to 0.20. The pressure drop distribution, the friction factor and thermal performance are presented for the leading, trailing and the outer surfaces. It is found that the curvature of the $180^{\circ}$-turn produces Dean vortices that cause high pressure drop in the turn. The channel rotation results in pressure drop discrepancy between leading and trailing surfaces so that non-dimensional pressure drops are higher on the trailing surface in the first-pass and on the leading and side surfaces in the second-pass. In the turning region, Dean vortices shown in the stationary case transform into one large asymmetric vortex cell, and subsequent pressure drop characteristics also change. As the rotation number increases, the pressure drop discrepancy enlarges.
The determination of in-situ capping materials is one of the most important factors to design in-situ capping in order to protect capping materials from erosion. Previous studies have established relationship between the velocity induced by wave energy and effective diameter of sediments, but they are mostly empirical and numerical researches which is too complicated for field engineers to analyze the erosion of in-situ capping materials. This study provides simple analytical solutions and reliability based on hydraulic model test results. Experimental results show that measured flow velocities with respect to depth induced by wave energy are almost the same as estimated velocities and the erosion resistances of the different effective particle diameters can be estimated.
Kim, Kyung-Min;Kim, Sang-In;Kim, Yun-Young;Rhee, Dong-Ho;Cho, Hyung-Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.8
s.227
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pp.910-920
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2004
The heat/mass transfer characteristics in a rotating two-pass duct with and without rib turbulators are investigated in the present study. The square duct has a hydraulic diameter ($D_h$) of 26.7 mm, and $1.5\;mm{\times}1.5\;mm$ square $90^{\circ}$-rib turbulators are attached on the leading and trailing walls. The pitch-to-rib height ratio (p/e) is 10. The Reynolds number based on the hydraulic diameter is kept constant at 10,000 to exclude the Reynolds effect, and the rotation number is varied from 0.0 to 0.20. In the smooth duct, the curvature of the $180^{\circ}$-turn produces Dean vortices that enhance heat/mass transfer in the post-turn region. When rib turbulators are installed, heat/mass transfer is augmented 2.5 times higher than that of the smooth duct since the main flow is turbulated by reattaching and separating in the vicinity of the duct surfaces. The duct rotation results in heat/mass transfer discrepancy so that Sherwood number ratios are higher on the trailing surface in the first-pass and on the leading surface in the second-pass. In the turning region, Dean vortices shown in the stationary case transform into one large asymmetric vortex cell, and subsequent heat/mass transfer characteristics also change. As the rotation number increases, the heat/mass transfer discrepancy enlarges.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.3
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pp.161-169
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2017
The present study investigated the effect of the rib arrangement and a guide vane for enhancing internal cooling of the blade. Two types of rib arrangements were used in the first and second passage in parallel. Aspect ratio of the channel was 5 and a fixed Reynolds number based on hydraulic diameter was 10,000. The attack angle of rib was $60^{\circ}$, rib pitch-to-height ratio (p/e) was 10, and the rib height-to-hydraulic-diameter ratio ($e/D_h$) was 0.075. The effect of an interaction between Dean vortices and the secondary vortices from the first passage was observed. Overall, the attack angle of rib in the first passage was dominant factor to heat transfer and flow patterns in turning region. Also, the channel with a guide vane showed enhanced heat transfer at the tip surface with reducing flow separation and recirculation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.6
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pp.381-387
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2017
Dehydrogenation from the hydrolysis of a sodium borohydride ($NaBH_4$) solution has been of interest owing to its high theoretical hydrogen storage capacity (10.8 wt.%) and potentially safe operation. An experimental study has been performed on the catalytic reaction rate and pressure drop of a $NaBH_4$ solution over both a single microchannel with a hydraulic diameter of $300{\mu}m$ and a staggered array of micro pin fins in the microchannel with hydraulic diameter of $50{\mu}m$. The catalytic reaction rates and pressure drops were obtained under Reynolds numbers from 1 to 60 and solution concentrations from 5 to 20 wt.%. Moreover, reacting flows were visualized using a high-speed camera with a macro zoom lens. As a result, both the amount of hydrogenation and pressure drop are 2.45 times and 1.5 times larger in a pin fin microchannel array than in a single microchannel, respectively.
Kim, Deok Su;Jean, Sang Gyu;Mamatov, Sanjar;Park, Warn Gyu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.7
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pp.445-453
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2017
This paper presents the hydraulic design an impeller and radial diffuser of a high-pressure multistage pump for reverse osmosis. The flow distribution and hydraulic performance for the meridional design of the impeller were analyzed numerically. Optimization was conducted based on the response surface method by varying the hub and shroud meridional curvatures, while maintaining the impeller outlet diameter, outlet width, and eye diameter constant. The analysis results of the head and efficiency with the variation in the impeller meridional profile showed that angle of the front shroud near the impeller outlet (${\varepsilon}Ds$) had the highest effect on head increase, while the hub inlet length ($d_{1i}$) and shroud curvature (Rds) had the highest effect on efficiency. From the meridional profile variation, an approximately 0.5% increase in efficiency was observed compared with the base model (case 25).
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.3
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pp.149-155
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2008
To evaluate the formulae for the stability of riprap, the formulae of Isbash, California division of highway, Netherlands, ASCE, Pilarczk, and Maynord are comparatively analysed with the experimental results. The critical velocity which initiates the motion of riprap is increased with the weight and the size in diameter and the riprap size with water depth, Froude number, shear velocity with mean velocity, Shields parameter have great correlation with them. The results by 6 formulae are overestimated in riprap size in diameter and the result by Maynord formula proposed by U.S. Army Corps of Engineers estimates rather correct. The results by Isbash, Netherlands, and Pilarczk are overestimated in riprap weight but the result by California division of highway formula coincides with experimental result. In the experimental results of model riprap artificially made by gypsum with light weight density, the critical velocity is increased with shape factors. The critical velocity appears greater in regular arrangement of model riprap than in random arrangement of it. Therefore the shape factor and the degree of interlocking are an important parameters in riprap stability.
Kim Kyung Min;Kim Yun Young;Rhee Dong Ho;Cho Hyung Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.6
s.237
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pp.737-746
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2005
The present study investigates heat/mass transfer and flow characteristics in a ribbed rotating passage with turning region. The duct has an aspect ratio (W/H) of 0.5 and a hydraulic diameter ($D_h$) of 26.67 mm. Rib turbulators are attached in the cross arrangement on the leading and trailing surfaces of the passage. The ribs have a rectangular cross section of $2\;mm\;(e){\times}\;mm\;(w)$ and an attack angle of $70^{\circ}$. The pitch-to-rib height ratio (p/e) is 7.5, and the rib height-to-hydraulic diameter ratio ($e/D_h$) is 0.075. The rotation number ranges from 0.0 to 0.20 while the Reynolds number is constant at 10,000. To verify the heat/mass transfer augmentation, internal flow structures are calculated for the same conditions using a commercial code FLUENT 6.1. The heat transfer data of the smooth duct for various Ro numbers agree well with not only the McAdams correlation but also the previous studies. The cross-rib turbulators significantly enhance heat/mass transfer in the passage by disturbing the main flow near the surfaces and generating one asymmetric cell of secondary flow skewing along the ribs. Because the secondary flow is induced in the first-pass and turning region, heat/mass transfer discrepancy is observed in the second-pass even for the stationary case. When the passage rotates, heat/mass transfer and flow phenomena change. Especially, the effect of rotation is more dominant than the effect of the ribs at the higher rotation number in the upstream of the second-pass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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