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.
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.
Koo, Bonguk;Yang, Jianming;Yeon, Seong Mo;Stern, Frederick
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.529-561
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2014
The two-phase turbulent flow past an interface-piercing circular cylinder is studied using a high-fidelity orthogonal curvilinear grid solver with a Lagrangian dynamic subgrid-scale model for large-eddy simulation and a coupled level set and volume of fluid method for air-water interface tracking. The simulations cover the sub-critical and critical and post critical regimes of the Reynolds and sub and super-critical Froude numbers in order to investigate the effect of both dimensionless parameters on the flow. Significant changes in flow features near the air-water interface were observed as the Reynolds number was increased from the sub-critical to the critical regime. The interface makes the separation point near the interface much delayed for all Reynolds numbers. The separation region at intermediate depths is remarkably reduced for the critical Reynolds number regime. The deep flow resembles the single-phase turbulent flow past a circular cylinder, but includes the effect of the free-surface and the limited span length for sub-critical Reynolds numbers. At different Froude numbers, the air-water interface exhibits significantly changed structures, including breaking bow waves with splashes and bubbles at high Froude numbers. Instantaneous and mean flow features such as interface structures, vortex shedding, Reynolds stresses, and vorticity transport are also analyzed. The results are compared with reference experimental data available in the literature. The deep flow is also compared with the single-phase turbulent flow past a circular cylinder in the similar ranges of Reynolds numbers. Discussion is provided concerning the limitations of the current simulations and available experimental data along with future research.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.1948-1966
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1991
Two-phase cross-flow exists in many shell-tube heat exchangers such as condensers, reboilers and nuclear steam generators. To avoid problems due to excessive vibration, information on vibration excitation in two-phase cross-flow is required. Fluid-elastic instability is discussed in this paper. Four tube bundle configurations were subjected to increasing flow up to the onset of fluid-elastic instability. The tests were done on bundles with one flexible tube surrounded by rigid tubes. The fluid-elastic instability behavior is different for intermittent flows than for bubbly flows. For bubbly flows, the observed instabilities satisfy the relationship V/fd=K(2.pi..zeta. m/rho. $d^{21}$)$^{0.51}$ in which the minimum instability factor K was found to be 2.3 for bundles of p/d=1.22. The lowest critical velocities for fluid-elastic instability were experienced with parallel-triangular tube bundles. For intermittent flow, the observed instabilities did not follow the forgoing relation-ship. Significantly lower flow velocities were required for instability..
Internally Circulating Fluidized Bed Combustor(ICFBC) has been used for the incineration of waste sewage sludge. In this study hydrodynamic characteristics of two phase flow have been studied in a riser section of ICFBC. A lab-scale riser(l/5 scale of pilot plant) is designed and SiC (Geldart type B) is used for solid particles. Experiments are performed by controlling the fluidization parameters including superficial velocity, particle diameter and secondary air to primary air ratio for determination of solid holdup profiles in the riser. Our flow regime during experiments mainly belongs to the onset of turbulent regime(for d_{p}:300{\mu}m) and fast fluidization regime(for d_{p}:100{\mu}m). Superficial velocities of each regime are well agreed with results obtained by other researches. The results show that the axial solid holdup distributions calculated by measuring differential static pressures in the riser are found to show a basic profile described by a simple exponential function. As the particle size decreases, solid holdup along the riser is more uniformly distributed. To prove these experimental results, numerical calculations are being performed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.2
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pp.232-239
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1985
근사수평 이상반류유동에서의 플러딩천이에 대한 실험을 수행하였으며 이것을 바탕으로 반류유 동도(flow-regime map)를 완성하였다. 또 플러딩천이에 대한 응축의 영향을 고찰하였는데 플러 딩이 액체입구에서 야기될 때 플러딩 속도는 응축량을 고려한 유효증기량으로 표시되며 이 경우 반드시 히스테리시스효과를 동반하게 된다. 이 효과는 응축에 기인하는 것으로 그 메카니즘을 구명하였다. 또 전달액체유량이 영이 될 때의 임계증기속도는 액체분출유량이나 액체서브쿠울 링의 정도에 무관하며 본 연구에서 사용한 관의 경우, 수정 Wallis 변수로 1.74로 나타났다.
Lee Kyung Won;Ban Jae Sam;Kim Sun Jin;Cho Kyu Zong
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.1
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pp.13-18
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2006
Ti-8Ta-3Nb, as a new biomaterial, was prepared by cast and swaging process. Their deformation behavior of Ti-8Ta-3Nb alloy has been characterized on the basis of its flow stress variation obtained from the true strain rate compression testing in the temperature of $700-900^{\circ}C$ and strain rate of $0.001-10\;s^{-1}$. At the strain rates lower than $0.1\;s^{-1}$ and the all temperature ranges which consist of two phase ${\alpha}+{\beta}$ as well as single ${\beta}$ phase fields, the flow curves show a small degree of flow softening behavior. In contrast, the shapes of the flow curves at other strain rates indicate unstable behavior. The shapes of the flow curves were similar in both as-cast and swaged specimen as well as in both ${\alpha}+{\beta}$ phase and ${\beta}$ phase. The flow stress data did not obey the kinetic rate equation over the entire regime of testing but a good fit has been obtained in the intermediate range of temperatures ($750-850^{\circ}C$). In this range, a stress exponent value of about 7.7 in as-cast specimens and about 6.2 in swaged specimens with an apparent activation energy of about 300 kJ/mol and about 206 kJ/mol respectively have been evaluated.
In the present experimental study, the regime limit and pressure drop of dry-plug flow (dry wall condition at the gas portions of plug flow) in round mini-channels has been investigated. The air-water mixture was flowed through the round mini-channels made of Teflon, where the tube diameters ranged from 1.26 to 2.06 mm. For the present experimental range, with decreasing of the tube diameter, the transition between the plug and slug flows (wet and dry) happened at the higher gas superficial velocity region, which were in good agreement with the previous flow pattern maps tested. On the other hand, the transition between the wet- and dry-plug flows was little affected by the change of the tube diameter. In the pressure drop of dry-plug flows, among the correlations tested, the Lee and Lee's (2008) correlation best fitted the measured pressure drop data within the mean deviation of 10% for the present experimental range.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.657-658
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2006
Although there are many numerical models to simulate fs laser ablation of metals, no model can analyze the ablation phenomena over a wide range of fluence. In this work, a numerical code for simulating the fs laser ablation phenomena of metals has been developed. The two temperature model is employed to predict the ablation rate and the crater shape of metals using phase explosion mechanism in the relatively high fluence regime. Also, the ultrashort thermoelastic model is used for the low fluence regime to account for spallation of the sample by high strain rate. It has been demonstrated that the thermoelastic stress generated within the sample can exceed the yield stress of the material even near the threshold fluence. Numerical computation results are compared with the experiment for Cu and Ni and show good agreement. Discussions are made on the hydrodynamic model considering phase change and hydrodynamic flow.
The effects of particle size distribution on the magnetorheological response of inverse ferrofluids was investigated using controlled mixtures of two monodisperse non-magnetisable powders of sizes $4.6\;{\mu}m\;and\;80{\mu}m$ at constant volume fraction of 30%, subjected to large amplitude oscillatory shear flow. In the linear viscoelastic regime (pre-yield region), it was found that the storage and loss moduli were dependent on the particle size as well as the proportion of small particles, with the highest storage modulus occurring for the monodisperse small particles. In the nonlinear regime (post yield region), Fourier analysis was used to compare the behaviour of the $1^{st}\;and\;3^{rd}$ harmonics ($I_{1}\;and\;I_{3}\;respectively$) as well as the fundamental phase angle as functions of the applied strain amplitude. The ratio of $I_{3}/I_{1}$ was found to become more pronounced with decreasing particle size as well as with increasing proportion of small particles in the bidisperse mixtures. Furthermore, the phase angle was able to clearly show the transition from solid-like to viscous behaviour. The results suggested that the nonlinear response of a bidisperse IFF is dependent on particle size as well as the proportion of small particles in the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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