Sarkar, Milan Krishna Singha;Basu, Dipankar Narayan
Nuclear Engineering and Technology
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제49권1호
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pp.103-112
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2017
Application of the supercritical condition in reactor core cooling needs to be properly justified based on the extreme level of parameters involved. Therefore, a numerical study is presented to compare the thermalhydraulic performance of supercritical and single-phase natural circulation loops under low-to-intermediate power levels. Carbon dioxide and water are selected as respective working fluids, operating under an identical set of conditions. Accordingly, a three-dimensional computational model was developed, and solved with an appropriate turbulence model and equations of state. Large asymmetry in velocity and temperature profiles was observed in a single cross section due to local buoyancy effect, which is more prominent for supercritical fluids. Mass flow rate in a supercritical loop increases with power until a maximum is reached, which subsequently corresponds to a rapid deterioration in heat transfer coefficient. That can be identified as the limit of operation for such loops to avoid a high temperature, and therefore, the use of a supercritical loop is suggested only until the appearance of such maxima. Flow-induced heat transfer deterioration can be delayed by increasing system pressure or lowering sink temperature. Bulk temperature level throughout the loop with water as working fluid is higher than supercritical carbon dioxide. This is until the heat transfer deterioration, and hence the use of a single-phase loop is prescribed beyond that limit.
The CANDU 9 shield cooling system was designed and layout with the objective of promoting natural circulation on loss of forced flow. In the present study, the shield cooling natural circulation was analyzed using verified the thermal-hydraulic code when the coolant pump or the heat exchanger was lost. This study showed that thermosyphoning cooled the end shields and prevented the end shields and the reserve water tank from boiling for at least 8 hours on loss of the shield cooling pumps but the heat exchangers still operational. With the loss of both pumps and heat exchangers, the end shields remain subcooled for up to 4 hours. To enhance thermosyphoning, the bypass connection to the line from the reserve water tank should be relocated to a point as low as possible.
The operation of the natural circulation type solar heating systems with facade integrated collector was analyzed by experiment. Two different types of flat plate solar collectors were used for these experiments. One was for the normal flat plate solar collector with the size of 1m*2m and the other was for the large size solar collector with $4m^2$(1m*4m). The experiments were carried out to investigate the effect of the series or parallel connection method on the performance of the collectors. As a result, the solar thermal system which is installed on the wall or facade would be applicable for the natural circulation type if the system design reflects various parameters, including collector connecting method(series or parallel), to provide enough vertical height between collector and storage tank, and to reduce pressure loss due to collector and piping network, etc. The natural circulation type of solar thermal system as proposed in this study can increase the system reliability by removing or minimizing the use of the components such as pump, controller, sensors which may cause serious troubles of the system for a long-time operation
국내에서 개발 중인 차세대 혁신형 안전경수로인 iPOWER는 피동용융노심냉각계통의 도입을 통해 중대사고시 노심용융물을 원자로 하부에서 장기간 냉각하고 안정화시키고자 한다. 아직 피동용융노심냉각계통의 최종 설계개념이 확정되기 전이나, 원자로용기 외벽냉각을 통한 노심용융물의 노내 억류 역시 주요 중대사고 대처 전략의 하나로 검토되고 있다. 본 연구에서는 국내에서 개발된 열수력 계통해석코드인 MARS-KS를 이용하여 원자로용기와 단열체 사이에서 형성되는 2상 자연순환 유동을 모의하였다. 냉각수의 유로를 일차원으로 모델링하고, 노심용융물의 열부하에 따른 경계조건을 정의하여 자연순환 유량을 계산하였다. 또한 냉각수의 온도 및 수위, 원자로용기 하반구 주변 기포율 및 외벽에서의 열전달모드 등 주요 열수력 변수의 과도거동을 평가하였다.
A numerical simulation on the combined natural convection and radiation is carried out in a partially open rectangular enclosure with a heater by using the finite volume and the S-8 discrete ordinate methods. The fluid inside the enclosure is considered as an absorbing, emitting and anisotropic scattering media. The heater causes a natural circulation of the fluid (10$^{5}$$^{9}$ ) which results in significant in-flow of the ambient cold fluid through the partially open wall. Comparing the results of pure convection with those of the combined convection- radiation, the combined heat transfer results with small Planck numbers (P$_{l}$ <1.0) show much stronger circulation than those of the pure convection, and the fluid circulation is more evident for larger Rayleigh numbers. When one of three radiative properties - the medium absorption coefficient, the wall reflectivity, and the scattering albedo - increases, the fluid circulation and the heat transfer in the enclosure are reduced. The location of the heater and the open ratio of the right wall are also shown to affect the fluid circulation and heat transfer significantly. However, the anisotropy of the scattering phase function is shown to be unimportant for the fluid circulation and heat transfer within the enclosure considered in this study.
This paper describes an experiment facility to measure the circulation characteristics of a water/steam receiver at various heat fluxes. The natural circulation type receiver was considered in this study. The experiment facility was designed to satisfy circulation balance with an appropriate scale down. As a result, riser tube inner diameter was 7.4 mm and water circulation was 0.319 kg/s. Downcomer tube inner diameter by circulation balance was 9.52 mm and the quality was from 0 to 0.23.
The purposes of natural science museums are to educate the general public on the principles and application of science, and help them understand various aspects of science technology. Data should be analyzed by considering these educational aspects of exhibition, and the methods of presenting exhibits should be decided. Accordingly, the composition of exhibition contents with various exhibition elements has an important role at natural science museums. The relation and structure of exhibition themes are significant factors in helping visitors understand the principles of science and a system of viewing circulation can be used as an important tool for understanding the flow of exhibition. In other words, at the planning stage for the composition of exhibition contents, the relation of exhibition themes as well as the circulation patterns of viewers can induce active viewing behaviors. Therefore, centering on the patterns of viewing circulation as well as on the connectivity of exhibition themes at natural science museums, the purposes of this research are: 1) to conceptualize the composition of exhibition contents; and 2) to find elements that can induce active viewing behaviors by analyzing visitors' viewing behaviors. This research was establishing an analytical indicator of contact for viewing behaviors observed from the composition of exhibition scenarios, the active viewing patterns of engagement, first contact, and repeated contact were analyzed. First, a composition pattern with a high participation rate, in contact with exhibits, was found to induce an overall-viewing circulation and have a big ring of the composition of exhibition themes. Second, by inducing a partial-viewing circulation pattern, a high rate of first contacts was observed from a ring pattern of theme connection. Even for the structure with theme connection with depth, a high frequency of contacts with various exhibits was found when exhibition themes have a ring pattern. Third, the repeated contacts were mostly found in the form of scenarios, which has a successive structure of ring and cross patterns.
The external reactor vessel cooling (ERVC) is well known strategy to mitigate a severe accident at which nuclear fuel inside the reactor vessel is molten. In order to compare the heat removal capacity of ERVC between the nuclear reactor designs quantitatively, numerical method is often used. However, the study for ERVC using computational fluid dynamics (CFD) is still quite scarce. As a validation study on the numerical prediction for ERVC using CFD, the subcooled boiling flow and natural circulation of coolant at the ULPU-V experiment was simulated. The commercially available CFD software ANSYS-CFX was used. Shear stress transport (SST) model and RPI model were used for turbulence closure and wall-boiling, respectively. The averaged flow velocities in the downcomer and the baffle entry under the reactor vessel lower plenum are in good agreement with the available experimental data and recent computational results. Steam generated from the heated wall condenses rapidly and coolant flows maintains single-phase flow until coolant boils again by flashing process due to the decrease of saturation temperature induced by higher elevation. Hence, the flow rate of coolant natural circulation does not vary significantly with the change of heat flux applied at the reactor vessel, which is also consistent with the previous literatures.
An experimental study has been conducted to investigate the heat transfer characteristics of supercritical carbon dioxide (sCO2) uniformly heated in the horizontal circular smooth tube. The results illustrated that there was a significant difference in heat transfer between the top wall and bottom wall due to the buoyancy. Bulk flow acceleration cannot be negligible in the high heat flux region, which leads to heat transfer deterioration. A new heat transfer correlation is proposed, in which the buoyancy parameter and bulk flow acceleration have been taken into account. The new correlation and six classic correlations for sCO2 are examined in horizontal tubes. The comparison indicates that the new correlation has a better performance for sCO2 flowing through a horizontal heating tube under natural circulation conditions. For example, 94.9% of the calculated results using the new heat transfer correlation were within ±30% of the experimental results while only 87.9% of that using the Jackson correlation (the best of the six) were within the same error bands.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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