Kim, Bokyem;Hong, Moongeun;Lee, Jisung;Kim, Junghan
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.2
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pp.110-118
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2021
In a liquid rocket engine system, the flow of oxidizer into the combustion chamber is controlled by the main oxidizer shut-off valve. When the valve is closed, the oxidizer flows via the recirculation line, not into the combustion chamber. In this situation, the measured pressure could be much higher than a design value because of the water hammer phenomenon. In this paper, the experiments on the water hammer in the recirculation line with different initial conditions were conducted in order to study the pressure wave produced in each case. According to the experimental results, characteristics of the pressure wave in the recirculation line depend on the initial condition. To be specific, the pressure surge is maximized in case that the shock is condensation-oriented in the end of the recirculation line.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.3
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pp.329-336
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2024
In the case of multi-function weirs installed in Korea, the free hydraulic jump or the submerged hydraulic jump is occurred depending on the height of the gate opening and the tailwater level when the sluice gate of the movable weir is partially opened. In this study, the submerged hydraulic jump for the flows under the sluice gate were simulated and the mean flow, turbulence statistics, and relative water depth are investigated using numerical simulation. For numerical simulation, the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equation, volume of fluid method, and k-ωSST turbulence model were used. The numerical model was validated using the results of other researchers' previously performed experiments, and it was investigated that the numerical model appropriately simulates the two-phase flow in the hydraulic jump. In addition, the distribution of mean flow, turbulence statistics, and the length of recirculation region was investigated.
The one-dimensional Two-Fluid concept uses an area-average approach to simplify the time and phase-averaged Two-Fluid conservation equations, making it more suitable for addressing difficulties at an industrial scale. Nevertheless, the mathematical framework has inherent weaknesses due to the loss of details throughout the averaging procedures. This limitation makes the conventional model inappropriate for some flow regimes, where short-wavelength perturbations experience uncontrolled amplification, leading to solutions that need to be physically accurate. The critical factor in resolving this problem is the integration of closure relations. These relationships play a crucial function in reintroducing essential physical characteristics, thus correcting the loss that occurs during averaging and guaranteeing the stability of the model. To improve the accuracy of predictions, it is essential to assess the stability and grid dependence of one-dimensional formulations, which are particularly affected by closure relations and numerical schemes. The current research presented in the text focuses on improving the well-posedness of the TFM, specifically within the TRACE code, which is widely utilized for nuclear reactor safety assessments. Incorporating a bubble collision model in the momentum equations is demonstrated to enhance the TFM's resilience, especially in scenarios with high void fractions where conventional TFMs may face challenges. The analysis presents a linear stability analysis performed for the transient one-dimensional Two-Fluid Model of system code TRACE within the framework of vertically dispersed flows. The main emphasis is on evaluating the stability characteristics of the model while also acknowledging its susceptibility to closure relations and numerical techniques.
In this study, the correlation between the frequency of summer tropical cyclones (TC) affecting areas around Korea over the last 37 years and the western North Pacific monsoon index (WNPMI) was analyzed. A clear positive correlation existed between the two variables, and this high positive correlation remained unchanged even when excluding El Ni$\tilde{n}$o-Southern Oscillation (ENSO) years. To investigate the causes of the positive correlation between these two variables, ENSO years were excluded, after which the 8 years with the highest WNPMI (positive WNPMI phase) and the 8 years with the lowest WNPMI (negative WNPMI phase) were selected, and the average difference between the two phases was analyzed. In the positive WNPMI phase, TCs usually occurred in the eastern waters of the tropical and subtropical western North Pacific, and tended to pass the East China Sea on their way north toward Korea and Japan. In the negative WNPMI phase, TCs usually occurred in the western waters of the tropical and subtropical western North Pacific, and tended to pass the South China Sea on their way west toward the southeastern Chinese coast and the Indochina peninsula. Therefore, TC intensity was higher in the positive WNPMI phase, during which TCs are able to gain sufficient energy from the sea while moving a long distance to areas nearby Korea. TCs also tended to occur more often in the positive WNPMI phase. In the difference between the two phases regarding 850 and 500 hPa streamline, anomalous cyclones were reinforced in the tropical and subtropical western North Pacific, while anomalous anticyclones were reinforced in mid-latitude East Asian areas. Due to these two anomalous pressure systems, anomalous southeasterlies developed in areas near Korea, with these anomalous southeasterlies playing the role of anomalous steering flows making the TCs head toward areas near Korea. Also, due to the anomalous cyclones developed in the tropical and subtropical western North Pacific, more TCs could occur in the positive WNPMI phase.
Purpose: The purpose of this study is to propose an Integrated Safety Evaluation Process (ISEP) that can enhances the safety aspect of the safety-critical system. This process utilizes the advantages of the iterative Systems Engineering process combined with the safety assessment process that is commonly and well defined in many standards and/or guidelines for railway, aerospace, and other safety-critical systems. Methods: The proposed process model is based on the predefined system lifecycle, in each phase of which the appropriate safety assessment activities and the safety data are identified. The interfaces between Systems Engineering process and the safety assessment process are identified before the two processes are integrated. For the integration, the elements at lower level of Systems Engineering process are combined with the relevant elements of safety assessment process. This combined process model is represented as Enhanced Functional Flow Block Diagram (EFFBD) by using CORE(R) that is commercial modelling tool. Results: The proposed model is applied to the lifecycle and management process of the United States aircraft system. The US aircraft systems engineering process are composed of twelve key elements, among which the requirements management, functional analysis, and Synthesis processes are considered for examplenary application of the proposed process. To synchronize the Systems Engineering process and the safety assessment process, the Systems Engineering milestones are utilized, where the US aircraft system has thirteen milestones. Taking into account of the nine steps in the maturity level, the integrated process models are proposed in some phases of lifecycle. The flows of processes are simulated using CORE(R), confirming the flows are timelined without any conflict between the Systems Engineering process and the safety assessment process. Conclusion: ISEP allows the timeline analysis for identifying activity and data flows. Also, the use of CORE(R) is shown to be effective in the management and change of process data, which helps for the ISEP to apply for the development of safety critical system. In this study, only the first few phases of lifecyle are considered, however, the implementation through operation phases can be revised by combining the elements of safety activities regarding those phases.
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damage, 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 steam 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 the comparisons between the numerical analysis results using the FLUENT code and the down scale experimental data in an effort to determine root causes of the shell wall thinning of the high pressure feedwater heaters. The numerical analysis and experimental data were also confirmed by actual wall thickness measured by an ultrasonic test.
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damage, 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 inside feedwater heater installed downstream of the turbine extraction stream line. At that point, the extract steam from the turbine is two phase fluid at high temperature, high pressure, and high speed. Since it flows to reverse direction after impinging the impingement baffle, the shell wall of feedwater heaters may be affected by flow-accelerated corrosion. In this paper, to compare degree of shell wall thinning mitigation rate to squared type with mitigation rate of other type baffle plate, four different types of impingement baffle plate-squared, curved, mitigating type and multi-hole type-applied inside the shell. With these comparison data, this paper describes operation of experiments and numerical analysis which is composed similar condition with real feed water heater. And flow visualization is operated for verification of experiments and numerical analysis. In conclusion, this study shows that mitigating type and multi-hole type baffle plate are more effective than other baffle plate about prevention of pressure concentration and pressure value decrease.
Cavitation causes a great deal of noise, damage to components, vibrations, and a loss of efficiency in devices, such as propellers, pump impellers, nozzles, injectors, torpedoes, etc., Thus, cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems. In this study, a two-phase flow solver based on the homogeneous mixture model has been developed. The flow characteristics around an axisymmetric cylinder were calculated and then validated by comparing with the experimental results in the cavitation water tunnel at the Korea Ocean Research & Development Institute. The results show that this solver is highly suitable for simulating the cavitating flows. After the code validation, the cavity length with changes of water depth, angle of attack and velocity were obtained.. Cavitation inception was also calculated for various operational conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.1
s.256
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pp.1-7
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2007
Feedwater heaters of many nuclear power plants have recently experienced severe wall thinning damage, 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 steam 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 the comparisons between the numerical analysis results using the FLUENT code and the down scale experimental data in an effort to determine root causes of the shell wall thinning of the high pressure feedwater heaters. The numerical analysis and experimental data were also confirmed by actual wall thickness measured by an ultrasonic test.
Recent progress in the computational fluid dynamics methods of two- and multiphase phase flows has already started opening up new exciting possibilities for using complete multidimensional models to simulate boiling systems. Combining this new theoretical and computational approach with novel experimental methods should dramatically improve both our understanding of the physics of boiling and the predictive capabilities of models at various scale levels. However, for the multidimensional modeling framework to become an effective predictive tool, it must be complemented with accurate mechanistic closure laws of local boiling mechanisms. Boiling heat transfer has been studied quite extensively before. However, it turns out that the prevailing approach to the analysis of experimental data for both pool boiling and forced-convection boiling has been associated with formulating correlations which normally included several adjustable coefficients rather than based on first principle models of the underlying physical phenomena. One reason for this has been the tendency (driven by practical applications and industrial needs) to formulate single expressions which encompass a broad range of conditions and fluids. This, in turn, makes it difficult to identify various specific factors which can be independently modeled for different situations. The objective of this paper is to present a mechanistic modeling concept for both pool boiling and forced-convection boiling. The proposed approach is based on theoretical first-principle concepts, and uses a minimal number of coefficients which require calibration against experimental data. The proposed models have been validated against experimental data for water and parametrically tested. Model predictions are shown for a broad range of conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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