In this paper, we present a new multilevel in space and energy diffusion (MSED) method for solving multigroup diffusion eigenvalue problems. The MSED method can be described as a PI scheme with three additional features: (1) a grey (one-group) diffusion equation used to efficiently converge the fission source and eigenvalue, (2) a space-dependent Wielandt shift technique used to reduce the number of PIs required, and (3) a multigrid-in-space linear solver for the linear solves required by each PI step. In MSED, the convergence of the solution of the multigroup diffusion eigenvalue problem is accelerated by performing work on lower-order equations with only one group and/or coarser spatial grids. Results from several Fourier analyses and a one-dimensional test code are provided to verify the efficiency of the MSED method and to justify the incorporation of the grey diffusion equation and the multigrid linear solver. These results highlight the potential efficiency of the MSED method as a solver for multidimensional multigroup diffusion eigenvalue problems, and they serve as a proof of principle for future work. Our ultimate goal is to implement the MSED method as an efficient solver for the two-dimensional/three-dimensional coarse mesh finite difference diffusion system in the Michigan parallel characteristics transport code. The work in this paper represents a necessary step towards that goal.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.4
no.4
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pp.59-69
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2000
A numerical analysis based on two-dimensional, incompressible and compressible Navier-Stokes equations was carried out for double circular arc compressor cascade and the results are compared with available experimental data. The incompressible code based on SIMPLE algorithm adopts pressure weighted method and hybrid scheme for the convective terms. The compressible code with preconditioning method involves a upwind-biased scheme for the convective terms and LU-SGS scheme for temporal integration. Several turbulence models are evaluated by computing the turbulent viscous flows; Baldwin-Lomax, standard $\kappa$ -$\varepsilon$, $\kappa$ -$\varepsilon$ Lam. Bremhorst, standard $\kappa$-$\omega$, $\kappa$ -$\omega$ SST model.
A model for thermal interactions of debris/water with gas flow from within and below debris bed was presented for severe accident analysis in LWR. The consumption of steam, production of hydrogen in the debris bed, generation of gases from below debris bed and generation of chemical heat are included in the conservation equations. The model has been incorporated in the MARCH code to estimate the gas production due to both metal/oxidation and hot debris/concrete interaction. The results indicate that the hydrogen source can potentially give a significant impact on the containment pressure transient and the conductive heat loss to concrete and the convective gas cooling in the debris bed have a small effect on the debris bed coolability. However, the reheating and melting of the debris particles could be delayed by the interaction of debris with concrete.
In this paper, the Finite-Analytic Navier-Stokes (FANS) code is coupled with an in-house finite-element code to study the dynamic interaction between a floating buoy and its mooring system. Hydrodynamic loads on the buoy are predicted with the FANS module, in which Large Eddy Simulation (LES) is used as the turbulence model. The mooring lines are modeled based on a slender body theory. Their dynamic responses are simulated with a nonlinear finite element module, MOORING3D. The two modules are coupled by transferring the forces and displacements of the buoy and its mooring system at their connections through an interface module. A free-decay model test was used to calibrate the coupled method. In addition, to investigate the capability of the present coupled method, numerical simulations of two degree-of-freedom vortex-induced motion of a CALM buoy in uniform currents were performed. With the study it can be verified that accurate predictions of the motion responses and tension responses of the CALM buoy system can be made with the coupling CFD-FEM method.
Hussein, Manar M.;Mostafa, Ahmed A.;Attia, Walid A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.78
no.2
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pp.219-230
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2021
International seismic codes stipulate that adjacent buildings should be separated by a specified minimum distance, otherwise the pounding effect should be considered in the design. Recent researches proposed an alternative method (Double Difference Combination Rule) to estimate seismic gap between structures, as this method considers the cross relation of adjacent buildings behavior during earthquakes. Four different criteria were used to calculate the minimum separation distance using this method and results are compared to the international codes for five separation cases. These cases used four case study buildings classified by different heights, lateral load resisting systems and fundamental periods of vibrations to assess the consistency in results for the alternative methods. Non-linear analysis was performed to calculate the inelastic displacements of the four buildings, and the results were used to evaluate the relation between elastic and inelastic displacements due to the ductility of structural elements resisting seismic loads. A verification analysis was conducted to guarantee that the separation distance calculated is sufficient to avoid pounding. Results shows that the use of two out of the four studied methods yields separation distances smaller than that calculated by the code specified equations without under-estimating the minimum separation distance required to avoid pounding.
Nuclear thermal-hydraulic system analysis codes have been developed to simulate nuclear reactor systems, which solve simplified governing equations by replacing source terms with constitutive relations for simulating entire reactor systems with low computational resources. For half a century, many efforts have been made for wider versatility and higher accuracy of system codes, but various factors can affect the code analysis results, and it was difficult to isolate these factors and interpret them individually. In this study, two system codes, RELAP5 and TRACE, which have many users and are highly reliable, are selected to analyze only the effects of constitutive relations. The influence of constitutive relations is analyzed using in-house platforms that replicate constitute relations of RELAP5 and TRACE equally to exclude factors that may affect analysis results, such as governing equation solvers and user effects. Among the various constitutive relations, the analysis is performed on the wall variables expected to have the most influence on the analysis results. Part 1 paper presents the methodology and wall friction model comparison, while Part 2 paper shows wall heat transfer comparison of the two selected codes.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.1
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pp.1-7
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2024
In this research, a detailed analysis of the decay heat contributions of both actinides and non-actinides (fission fragments) from spent nuclear fuel (SNF) was made after 50 GWd·tHM-1 burnup of fresh uranium fuel with 4.5% enrichment lasted for 1,350 days. The calculations were made for a long storage period of 300 years divided into four sections 1, 10, 100, and 300 years so that we could study the decay heat and physical disposal ratios of radioactive waste in medium- and long-term storage periods. Fresh fuel burnup calculations were made using the code MCNP, while isotopic content and then decay heat were calculated using the built-in stiff equation solver in the MATLAB code. It is noted that only around 12 isotopes contribute more than 90% of the decay heat at all times. It is also noted that the contribution of actinides persists and is the dominant ether despite decreasing decay heat, while the effect of fission products decreases at a very rapid rate after about 40 years of storage.
Mun, Jae-Sung;Mun, Ju-Hyun;Yang, Keun-Hyeok;Lee, Ho
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.25
no.4
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pp.439-446
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2013
The objective of this study is to evaluate the workability and various mechanical properties of heavyweight magnetite concrete and examine the reliability of the design equations specified in code provisions. The main parameters investigated were the water-to-cement ratio and substitution level of normal-weight coarse aggregate (granite) for magnetite. The oven-dried unit weight of concrete tested ranged between 2446 and $3426kg/m^3$. The measured mechanical properties included compressive strength development, stress-strain curve, splitting tensile strength, moduli of elasticity and rupture, and bond stress-slip relationship of concrete. Test results revealed that the initial slump of heavyweight magnetite concrete increased as the substitution level of normal-weight coarse aggregate increases. The substitution level of normal-weight coarse aggregate had little influence on the compressive strength and tensile resistance capacity of heavyweight concrete, while it significantly affected the modulus of elasticity and stress-strain curves of such concrete. The design equations of ACI 349-06 and CEB-FIP provisions mostly conservatively predicted the mechanical properties of heavyweight magnetite concrete, but the empirical equations for modulus of elasticity and splitting tensile strength need to be modified considering the unit weight of concrete.
The effect of the maximum aggregate size and substitution rate of natural sand on the mechanical properties of concrete is evaluated using 15 lightweight aggregate concrete mixes. For mechanical properties of concrete, compressive strength increase with respect to age, tensile resistance, elastic modulus, rupture modulus, and stress-strain relationship were measured. The experimental data were compared with the design equations specified in ACI 318-08, EC2, and/or CEB-FIP code provisions and empirical equations proposed by Slate et al., Yang et al., and Wang et al. The test results showed that compressive strength of lightweight concrete decreased with increase in maximum aggregate size and amount of lightweight fine aggregates. The parameters to predict the compressive strength development could be empirically formulated as a function of specific gravity of coarse aggregates and substitution rate of natural sand. The measured rupture modulus and tensile strength of concrete were commonly less than the prediction values obtained from code provisions or empirical equations, which can be attributed to the tensile resistance of lightweight aggregate concrete being significantly affected by its density as well as compressive strength.
This paper presents the test results on the shear performance of large-size reinforced concrete beams using recycled fine aggregate to evaluate its applicability to structural concrete. The performance of these beams is compared to that of similar beams casted with natural coarse and fine aggregates. All of the beam specimens without shear reinforcement had $400mm{\times}600mm$ rectangular cross section and a shear span ratio (a/d) of 5.0. Five concrete mixtures with different replacement levels of recycled fine aggregates (0, 30, 60, 70 and 100%) were used to obtain a nominal concrete compressive strength of 28MPa. The test results of load-deflection curve, shear deformation, diagonal cracking load, crack pattern, ultimate shear strength, and failure mode are examined and compared. In addition, code and empirical equations from KCI, JSCE, CSA, Zsutty, and MCFT were considered to evaluate the applicability of these equations for predicting shear strength of reinforced concrete beam with recycled fine aggregate. The results showed that the overall shear behavior of reinforced concrete beams incorporating less than 60% recycled fine aggregate was comparable with that of conventional concrete beam. The MCFT gave good prediction and other code equations were conservative in predicting the shear strength of the tested beams. The beam specimens with replacement of 70 and 100% of natural fine aggregates by recycled fine aggregates showed different failure mode than other tested beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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