The flow-field of a liquid-metal system is very important for the safety analysis and the design of the steam generator of liquid-metal fast breeder reactor. Dynamic neutron radiography (DNR) is suitable for a visualization and measurement of a liquid metal flow and a two-phase flow in a metallic duct. However, the three dimensional DNR techniques is not enough to obtain the velocity information in the wide channel up to now. In this research, a high speed DNR technique was applied to visualize the heavy liquid-metal flow field in the narrow channel with the HANARO-beam facility. The images were taken with a high frame-rate neutron radiography at 250 fps and analyzed with a Particle Image Velocimetry(PIV) method. The images were compared with the results of the commercial CFX code to study the feasibility of DNR technique for the measuring the heavy liquid-metal flow field. The PIV images could discern the turbulent vortex flow in the two-dimensional narrow channel.
Kim, Chang-Eob;Jeon, Mun-Ho;Kwon, Jeong-Tae;Lim, Hyo-Jae;Lee, Suk-Won
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제5권2호
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pp.270-275
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2010
An electromagnetic pump using a tubular induction motor (TLIM) has been proposed to pump liquid metal fluids. TLIM has been designed for liquid metal flow systems with a motor with a thrust force of 40~77[N]. The flow characteristics have been investigated by solving the Navier-Stokes equation, where the Lorentz force was included simply by considering it as a constant in the Navier-Stokes equation. A wood metal was chosen to simulate the liquid metal. The effect of Lorentz force on the flow rate was investigated. An experiment was conducted and its results were compared with those of the simulation. The simulation result showed an overestimation of about 17% compared with the experimental one.
The characteristics of the flow and energy conversion in OMACON liquid-metal MHD system are investigated. Numerical simulation of two-phase flow in the OMACON system without magnetic field was carried out by the Phoenics code and the energy conversion characteristics are studied in association with the fact that the mechanical energy loss at the nozzle of the OMACON system are to be converted into electrical energy. In this system, working fluid (gas) is injected through the mixer located at the bottom of the riser, and is mixed with hot liquid metal. Therefore in the riser two-phase flow is developed under the influence of the gravity. In this study, the interaction between the gas and liquid is considered by the use of IPSA(InterPhase Slip Algorithm) where standard drag coefficient has been used. It has been assumed that in the flow regime the liquid is continuous and the gas is dispersed. For the liquid and gas, the continuity equations, momentum equations and energy equations are solved respectively in association with void fraction in the flow field. In order to calculate the energy conversion efficiency, firstly the ratio of the mechanical energy loss of liquid metal flow at the nozzle to the input thermal energy is considered. Secondly flow pattern of liquid metal in the generator has been analyzed, and the characteristics of the conversion of the mechanical energy into the electrical energy has been investigated. For an representative case where Hartmann number is 540 and magnetic field is 0.35 T, the present analysis shows that the energy conversion efficiency is 0.653. This result is considered to be reasonable in comparison with published experimental results.
Gas atomization of liquid metal using nozzle technology has more advantages over other methods. Previous study shows that high-velocity gas is important for effective liquid metal atomization. An important first step towards understanding the gas atomization using nozzle is complete evaluation of the flow fields. This will provide a basis for understanding how well high velocity gas is brought to bear on the liquid metal. Present work is a fundamental study of liquid metal atomization for various pressure ratio, different gas and temperature. A two-dimension, axisymmetry compressible Navier-Stokes equations are considered. Two-equation k-epsilon turbulence model is selected.
A partial flow blockage in an assembly of a liquid metal reactor could result in a cooling deficiency of the core. To develop a partial blockage detection system, we have studied the changes of the temperature fluctuation characteristics in the upper plenum according to changes of the t10w blockage conditions in an assembly. We analyzed the temperature fluctuation in the upper plenum with the Large Eddy Simulation (LES) turbulence model in the CFX code and evaluated its statistical parameters. Based on the results of the statistical analyses, we developed a neural network model for detecting a partial flow blockage in an assembly. The neural network model can retrieve the size and the location of a flow blockage in an assembly from a change of the root mean square, the standard deviation, and the skewness in the temperature fluctuation data. The neural network model was found to be a possible alternative by which to identify a flow blockage in an assembly of a liquid metal reactor through learning and validating various flow blockage conditions.
In order to measure non-intrusively velocity profile in liquid metal flow, a modified electromagnetic flowmeter was designed, which was based on electromagnetic tomography technique. Under the assumption that flow is fully-developed, axisymmetric and rectilinear, the velocity profile was reconstructed after the flowmeter equation, the first kind of Fredholm integration equation, was linearized. In reconstruction process Tikhonov regularization method with regularization parameter was used. The reconstructed velocity profile had the nearly same as turbulent flow profile which was approximately represented as log law. In addition, flowmeter output fur a fixed magnet rotation angle was linearly proportional to flow rate. When magnet rotation angle was 54$^{\circ}$, axisymmetric weight function was nearly uniform so that the flowmeter gives a constant signal for any fully-developed, axisymmetric and rectilinear profile with a constant flow rate.
In order to measure non-intrusively velocity profile in liquid metal flow, a modified electromagnetic flowmeter was designed, which was based on electromagnetic tomography technique. Under the assumption that flow is fully-developed, axisymmetric and rectilinear, the velocity profile was reconstructed after the flowmeter equation, the first kind of Fredholm integration equation, was linearized. In reconstruction process Tikhonov regularization method with regularization parameter was used. The reconstructed velocity profile had the nearly same as turbulent flow profile which was approximately represented as log law. In addition, flowmeter output for a fixed magnet rotation angle was linearly proportional to flow rate. When magnet rotation angle was $54^{\circ}$, axisymmetric weight function was nearly uniform so that the flowmeter gives a constant signal for any fully-developed, axisymmetric and rectilinear profile with a constant flow rate.
The effect of Lorentz force(Electromagnetic force) on the liquid metal flow has been investigated. The flow velocity has been calculated by treating the Lorentz force as a source term in the Navier-Stokes equation. The liquid metal flow in the rectangular duct of an electromagnetic pump was analyzed with the Lorentz force varied.
The effect of Lorentz force(Electromagnetic force) on the liquid metal flow has been investigated. The flow velocity has been calculated by treating the Lorentz force as a source term in the Navier-Stokes equation. The liquid metal flow in the annular duct of an electromagnetic pump was analyzed with the Lorentz force varied.
A Linear induction electromagnetic(EM) pump of liquid metal fast breeder reactor(LMFBR) is used for the purpose that the liquid metal of high temperature is transported by EM force. This paper evaluates magnetic flux density necessary for transporting liquid metal, using analytical model of the linear induction EM pump. Using the 2-D finite element method(2-D FEM), magnetic flux density is estimated in consideration of a geometric model, electric parameter, and velocity of liquid metal. From the viewpoint of hydrodynamics, the results can be used for flow analysis of the liquid metal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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