This paper addresses a numerical simulation of the flow and heat transfer in a simplified model of helically coiled tube steam generator using a general purpose computational fluid dynamic analysis computer code. The steam generator model is comprised of a cylindrical shell and helically coiled tubes. A cold feed water entered the tubes is heated up, evaporates. and finally become a superheated steam with a large amount of heat transferred continuously from the hot compressed water at higher pressure flowing counter-currently through the shell side. For the calculation of tube side two-phase flow field formed by boiling, inhomogeneous two-fluid model is used. Both the internal and external turbulent flows are simulated using the standard k-e model. The conjugate heat transfer analysis method is employed to calculate the conduction in the tube wall with finite thickness and the convections in the internal and external fluids simultaneously so as to match the fluid-wall-fluid interface conditions properly. The numerical calculations are peformed for helically coiled tubes of steam generator at an integral type pressurized water reactor under normal operation. The effects of tube-side inlet flow velocity are discussed in details. The results of present numerical simulation are considered to be physically plausible based on the data and knowledge from previous experimental and numerical studies where available.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.4
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pp.160-173
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2014
Surge phenomena in multi-stage axial flow compressors were studied with attention to the frequency behaviors. A new parameter "volume-modified reduced surge frequency" was introduced, which took into consideration the essential surge process, i.e., emptying and filling of the working gas in the delivery plenum. The behaviors of the relative surge frequencies at the stall stagnation boundaries, compared with the corresponding duct resonance frequencies, have demonstrated the existence of two types of surges; i.e., a near-resonant surge and a subharmonic surge. The former, which has fundamentally a near-resonance frequency, occurs predominantly at the stall stagnation boundary for the short -and-fat plenum delivery flow-path and the long-and-narrow delivery duct flow-path, and possibly in the intermediate conditions. The latter, which has a subharmonic frequency of the fundamental near-resonant one and occurs mainly in the intermediate zone, is considered to be caused by the reduced frequency restricted to a limited range. In relation with those dimensionless frequencies at the stall stagnation boundary, the surge frequency behaviors in more general situations away from the boundaries could be estimated, though very roughly.
Hydrogen fuel cell electric vehicles are typically refueled at a wide range of temperatures (-40℃ to 85℃) in the hydrogen refueling station in accordance with the worldwide accepted standard. Currently, there is no traceable method by which to verify and calibrate the hydrogen flowmeters to be used at hydrogen refueling stations except for a water calibration process as a conventional method. KRISS hydrogen field test standard based on the gravimetric principle was developed to verify the measurement accuracy of the mass flowmeter to be used at hydrogen refueling stations for the first time in Korea.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.3
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pp.253-259
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2010
Leakage characteristics of two labyrinth seals with different configurations (straight vs stepped) were investigated. Leakage flows were predicted by computational fluid dynamics (CFD) for the two configurations and compared with test data. A semi-analytical leakage prediction tool was also tried to predict the leakage. It was confirmed that the CFD gives quite good agreements with test data. The analytical tool also yielded similar leakage behaviors with test results, but the overall agreement with test data was not as good as that of the CFD. The effect of flow direction in the stepped seal on leakage flow was examined. The dependence of leakage performance, in terms of flow function, on the seal clearance size was investigated. Flow function decreased with decreasing clearance in the straight seal, while the trend was reversed in the stepped seal.
This paper presents the development of a two-dimensional model for investigating the fluid flow in water jet and calculating the velocity and pressure distributions. The mathematical formulation as a standard k-$\epsilon$ model was solved employing a general thermofluid-mechanics computer program, PHOENICS code, which is based on the Semi-Implicit Method Pressure Linked Equations(SIMPLE) algorithm. The developed code was applied to water jet design to determine the nozzle size, and investigated the effect of the change of nozzle location. Calculated results showed that the flow pattern is not changed as the change of nozzle location.
An analysis of the plane Couette flow between two parallel plates of a viscous, incompressible, micropolar fluid is presented. Especially, the effects of non-zero values of the micro-gyration boundary condition coefficient and pressure gradient on the flow fields are studied. Numerical results show that the micro polar parameter was found to have much more of an impact on the flow behaviors. It is also observed that the micro-gyration boundary condition coefficient influenced on the coefficients of skin friction and couple stress due to its different effect on the surface stress.
Kim, Hyun muk;Bae, Seong hun;Park, Cheol hyeon;Jeon, Hyeok soo;Kim, Jeong Soo
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.1
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pp.72-83
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2017
A thermo-fluid dynamic analysis was performed through the numerical simulation of a missile canister. Calculation was made in a fixed analytical volume and fully evaporated water was used as a coolant. To analyze the interaction among the hot gas, coolant, and mixture flow, Realizable $k-{\varepsilon}$ turbulence and VOF(Volume Of Fluid) model were chosen and parametric study was performed with the change of coolant flow rate. It could be found that the pressure on the canister top nonlinearly increased with the increase of coolant flow rate. Temperature and coolant distribution were closely related to the flow behavior in canister. Temperature on the canister bottom indicated a decrease being proportional to coolant flow rate in early times but after a specific time, the temperature increased with the tendency being reversed. In addition, the early part of temperature showed a fluctuating phenomenon because of the overall circulatory flow of mixture gas.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.3
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pp.235-244
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2010
Recent studies on the moment whirl due to leakage flow in the back shroud clearance of hydro-turbine runners or centrifugal pump impellers are summarized. First, destabilizing effect of leakage flow is discussed for lateral vibrations using simplified models. Then it is extended to the case of whirling motion of an overhung rotor and the criterion for the instability is obtained. The fluid moment caused by a leakage clearance flow between a rotating disk and a stationary casing was obtained by model tests under whirling and precession motion of the disk. It is shown that the whirl moment always destabilizes the whirl motion of the overhung rotor while the precession moment destabilizes the precession only when the precession speed is less than half the rotor speed. Then vibration analyses considering both whirl and precession are made by using the hydrodynamic moments determined by the model tests. For larger overhung rotors, the whirl moment is more important and cause whirl instability at all rotor speed. On the other hand, for smaller overhung rotors, the precession moment is more important and cancels the destabilizing effect of the whirl moment.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.3
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pp.110-124
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2014
Surge phenomena in the zone of reduced speeds in a system of a nine-stage axial flow compressor coupled with ducts were studied analytically by use of a surge transient simulation code. Main results are as follows. (1) Expansion of apparently stable, non-surge working area of the pressure vs. flow field beyond the initial stage-stall line was predicted by the code in the lower speed region. The area proved analytically to be caused by significantly mismatched stage-working conditions, particularly with the front stages deep in the rotating stall branch of the characteristics, as was already known in situ and in steady-state calculations also. (2) Surge frequencies were found to increase for decreasing compressor speeds as far as the particular compressor system was concerned. (3) The tendency was found to be explained by a newly introduced volume-modified reduced surge frequency. It suggests that the surge frequency is related intimately with the process of emptying and filling of air into the delivery volume. (4) The upstream range of movement of the fluid mass having once passed through the compressor in surge was found to reduce toward the lower speeds, which could have caused additionally the increase in surge frequency. (5) The concept of the volume-modified reduced surge frequency was able to explain, though qualitatively at present, the behaviors of the area-pressure ratio parameter for the stall stagnation boundary proposed earlier by the author.
A three-dimensional model was developed in order to simulate heat and fluid flow of a continuous casting billet. The model was coded with the general-purpose CFD program FIDAP, using the finite element method. The present model consists of 2 individual calculation schemes, named model 1 and model 2. Mold region only was calculated to check the pouring stream through submerged nozzle with model 1. Entire region, which consists of mold, secondary cooling, radiation cooling was calculated to predict crater end position, temperature profile and solid shell profile(model 2). Standard $k-{\bullet}\hat{A}$ turbulence model has been applied to simulate the turbulent flow induced by submerged nozzle. Enthalpy method was adopted for the latent heat of solidification. Fluid flow in mushy zone was treated using variable viscosity approach. The more casting speed and superheat increased, the more metallurgical length increased. The shell thickness at the mold exit is proved to be mainly controlled by superheat by the present simulation. It may be concluded that the present model can be successfully applied far the prediction of heat and fluid flow behavior in the continuous casting process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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