In this paper, three-dimensional free-surface flows are simulated by using two different numerical methods, the constrained interpolation profile (CIP)-based and finite volume (FV)-based methods. In the CIP-based method, the governing equations are solved on stationary staggered Cartesian grids by a finite difference method, and an immersed boundary technique is applied to deal with wave-body interactions. In the FV-based method, the governing equations are solved by applying collocated finite volume discretization, and body-fitted meshes are used. A free-surface boundary is considered as the interface of the multi-phase flow with air and water, and a volumeof-fluid (VOF) approach is applied to trace the free surface. Among many variations of the VOF-type method, the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) and the compressive interface capturing scheme for arbitrary meshes (CICSAM) techniques are used in the CIP-based method and FV-based method, respectively. Numerical simulations have been carried out for dam-breaking and wave-body interaction problems. The computational results of the two methods are compared with experimental data and their differences are observed.
Interaction of blood flow and leaflet behavior in a bileaflet mechanical heart valve was investigated using computational analysis. Blood flows of a Newtonian fluid and a non-Newtonian fluid with Carreau model were modeled as pulsatile, laminar, and incompressible. A finite volume computational fluid dynamics code and a finite element structure dynamics code were used concurrently to solve the flow and structure equations, respectively, where the two equations were strongly coupled. Physiologic ventricular and aortic pressure waveforms were used as flow boundary conditions. Flow fields, leaflet behaviors, and shear stresses with time were obtained for Newtonian and non-Newtonian fluid cases. At the fully opened phase three jets through the leaflets were found and large vortices were present in the sinus area. At the very final stage of the closing phase, the angular velocity of the leaflet was enormously large. Large shear stress was found on leaflet tips and in the orifice region between two leaflets at the final stage of closing phase. This method using fluid-structure interaction turned out to be a useful tool to analyze the different designs of existing and future bileaflet valves.
Kim, Hyung-Joon;Park, Sang-Hoon;Seo, Hyuk-Ki;Kim, Kyung-Hoon;Hwang, Kyung-Mo
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11b
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pp.2664-2669
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2008
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damange, which will increase as operating time progresses. Several nuclear power plants in Korea have experienced wall thinning damage in the area around the impingement baffle-installed downstream of the high pressure turbine extraction stream line- inside number 5A and 5B feedwater heaters. At that point, the extracted steam from the high pressure turbine is two phase fluid at high temperature, high pressure, and high speed. Since it flows in reverse direction after impinging the impingement baffle, the shell wall of the number 5 high pressure feedwater heater may be affected by flow-accelerated corrosion. This paper describes operation of experience and numerical analysis composed similar condition with real high pressure feedwater heater. This study applied squared, curved and new type impingement baffle plates to feedwater heater same as previous study. In addition, it shows difference of pressure distribution and value between single phase and two phase based on experience and numerical analysis.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.21
no.9
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pp.483-495
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2009
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damange, which will increase as operating time progresses. Several nuclear power plants in Korea have experienced wall thinning damage in the area around the impingement baffle-installed downstream of the high pressure turbine extraction stream line-inside number 5A and 5B feedwater heaters. At that point, the extracted steam from the high pressure turbine is two phase fluid at high temperature, high pressure, and high speed. Since it flows in reverse direction after impinging the impingement baffle, the shell wall of the number 5 high pressure feedwater heater may be affected by flow-accelerated corrosion. This paper describes operation of experience and numerical analysis composed similar condition with real high pressure feedwater heater. This study applied squared, curved and new type impingement baffle plates to feedwater heater same as previous study. In addition, it shows difference of pressure distribution and value between single phase and two phase based on experience and numerical analysis.
Song, Min Seop;Park, Il Woong;Kim, Eung Soo;Lee, Yeon-Gun
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.72-83
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2022
This paper presents a numerical investigation of two-phase natural circulation flows established when external reactor vessel cooling is applied to a severe accident of the APR1400 reactor for the in-vessel retention of the core melt. The coolability limit due to external reactor vessel cooling is associated with the natural circulation flow rate around the lower head of the reactor vessel. For an elaborate prediction of the natural circulation flow rate using a thermal-hydraulic system code, MARS-KS1.5, a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulation is conducted to estimate the flow rate and pressure distribution of a liquid-state coolant at the brink of significant void generation. The CFD calculation results are used to determine the loss coefficient at major flow junctions, where substantial pressure losses are expected, in the nodalization scheme of the MARS-KS code such that the single-phase flow rate is the same as that predicted via CFD simulations. Subsequently, the MARS-KS analysis is performed for the two-phase natural circulation regime, and the transient behavior of the main thermal-hydraulic variables is investigated.
Control of mixing and transport processes are the key areas that can be benefited by understanding the hydrodynamics in gas-liquid two-phase flows. In particular, the enhanced bubble-induced liquid-phase mixing is known to be a function of void fraction distribution, gas phase velocity and so on. To further our insight on the characteristics of the liquid-phase mixing induced by the bubbles, in the present study, we experimentally investigate the mixing performance of a rectangular bubble column while changing the void fraction from 0.006 to 0.075%. A shadowgraphy technique is used to measure the gas-phase properties such as void fraction and size/velocity of bubbles. On the other hand, we use dye visualization with low diffusive buoyant dye to directly measure the level of mixing. Finally, we confirm that the time taken for full mixing scales with the inverse of volume void fraction.
A new numerical scheme for two-phase flows, the Hybrid VOF method has been developed for improved free surface capturing. The present new method is a volume capturing based VOF method coupled with a reinitialization procedure of a Level-set method. For validation, the proposed method is applied to two test cases: spherical bubble rising and dam breaking. The calculated results by using the Hybrid VOF method with the two previously applied VOF formulations are compared with available numerical and experimental data. It is found that the new method provides more accurate results than the two previous ones.
The conventional high frequency phase-shifted full bridge dc/dc converter has a disadvantage that a circulating current flows through transformer and switching devices during the freewheeling interval. Due to this circulating current, RMS current stress, conduction losses of transformer and switching devices are increased. To alleviate this problem, this paper provides a circulating current free type high frequency soft switching phase-shifted full bridge (FB) dc/dc converter with energy recovery snubber (ERS) attached at the secondary side of transformer. The energy recovery snubber (ERS) adopted in this study is consisted of three fast recovery diode(Ds1, DS2, Ds3), two resonant capacitor (Cs1, Cs2)
Flow boiling in parallel microchannels has received attention as an effective heat sink mechanism for power-densities encountered in microelectronic equipment. the bubble dynamics coupled with boiling heat transfer in microchannels is still not well understood due to the technological difficulties in obtaining detailed measurements of microscale two-phase flows. In this study, complete numerical simulation is performed to further clarify the dynamics of flow boiling in microchannels. The level set method for tracking the liquid-vapor interface is modified to include the effects of phase change and contact angle. The method is further extended to treat the no-slip and contact angle conditions on the immersed solid. Also, the reverse flow observed during flow boiling in parallel microchannels has been investigated. Based on the numerical results, the effects of channel shape and inlet area restriction on the bubble growth, reverse flow and heat transfer are quantified.
Injection of microbubbles within the turbulent boundary layer has been investigated for several years as a method to achieve drag reduction. However, the physical mechanism of this phenomenon is not yet fully understood. Experiments in a channel flow for single phase (water) and two phase (water and microbubbles) flows with various void fraction values are studied for a Reynolds number of 5128 based on the half height of the channel and bulk velocity. The state-of-the art Particle Tracking Velocimetry (PTV) measurement technique is used to measure the instantaneous full-field velocity components. Comparisons between turbulent statistical quantities with various values of local void fraction are presented to elucidate the influence of the microbubbles presence within the boundary layer. A decrease in the Reynolds stress distribution and turbulence production is obtained with the increase of microbubble concentration. The results obtained indicate a decorrelation of the streamwise and normal fluctuating velocities when microbubbles are injected within the boundary layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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