Kim, Huiyung;Moon, Jeongmin;Hong, Dongjin;Cha, Euiyoung;Yun, Byongjo
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.6
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pp.1796-1809
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2021
The subchannel of a research reactor used to generate high power density is designed to be narrow and rectangular and comprises plate-type fuels operating under downward flow conditions. Critical heat flux (CHF) is a crucial parameter for estimating the safety of a nuclear fuel; hence, this parameter should be accurately predicted. Here, machine learning is applied for the prediction of CHF in a narrow rectangular channel. Although machine learning can effectively analyze large amounts of complex data, its application to CHF, particularly for narrow rectangular channels, remains challenging because of the limited flow conditions available in existing experimental databases. To resolve this problem, we used four CHF correlations to generate pseudo-data for training an artificial neural network. We also propose a network architecture that includes pre-training and prediction stages to predict and analyze the CHF. The trained neural network predicted the CHF with an average error of 3.65% and a root-mean-square error of 17.17% for the test pseudo-data; the respective errors of 0.9% and 26.4% for the experimental data were not considered during training. Finally, machine learning was applied to quantitatively investigate the parametric effect on the CHF in narrow rectangular channels under downward flow conditions.
The most important factor in the performances of polymer electrolyte membranes for fuel cells is how fast hydrogen ions can be transported along the water channel formed inside the electrolyte membrane. Since the morphology of the water channel and the diffusivity of the protons are very important factors for the proton transport behavior, various molecular dynamics simulation studies are being carried out to clarify this. The force-field is an important variable parameterizing the movement and interaction of each atom in molecular dynamics simulation. In this study, proton diffusivities of the 3D models of polymer electrolyte membranes were calculated in order to analyze the effects of various types of force-fields on the molecular simulation. It has been found that the charge value determining the non-bonding interaction plays a very important role in the formation of the water channel morphology, and the COMPASS force-field can calculate the accurate proton diffusion behavior. Accordingly, for molecular dynamics simulation of polymer electrolyte membranes, the proper selection of the force-field is very important due to its great effect on the proton diffusion as well as the final molecular structure.
Jeong, Hae Sun;Jeong, Hyo Joon;Kim, Eun Han;Han, Moon Hee;Hwang, Won Tae
Journal of Radiation Protection and Research
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v.39
no.4
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pp.176-181
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2014
The object of this paper is to evaluate the fission product inventories and radiological doses in a non-LOCA event, based on the U.S. NRC's regulatory methodologies recommended by the TID-14844 and the RG 1.195. For choosing a non-LOCA event, one fuel assembly was assumed to be melted by a channel blockage accident. The Hanul nuclear power reactor unit 6 and the CE $16{\times}16$ fuel assembly were selected as the computational models. The burnup cross section library for depletion calculations was produced using the TRITON module in the SCALE6.1 computer code system. Based on the recently licensed values for fuel enrichment and burnup, the source term calculation was performed using the ORIGEN-ARP module. The fission product inventories released into the environment were obtained with the assumptions of the TID-14844 and the RG 1.195. With two kinds of source terms, the radiological doses of public in normal environment reflecting realistic circumstances were evaluated by applying the average condition of meteorology, inhalation rate, and shielding factor. The statistical analysis was first carried out using consecutive three year-meteorological data measured at the Hanul site. The annual-averaged atmospheric dispersion factors were evaluated at the shortest representative distance of 1,000 m, where the residents are actually able to live from the reactor core, according to the methodology recommended by the RG 1.111. The Korean characteristic-inhalation rate and shielding factor of a building were considered for a series of dose calculations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.10
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pp.885-891
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2010
Thermal management is important for enhancing the performance and durability of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) and is taken into account in the design of PEMFCs. In general, cooling pates with circulating liquid coolant (water) are inserted between several unit cells to exhaust the reaction heat from PEMFCs. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulations were performed to characterize the uniform cooling performance of parallel multipass serpentine flow fields (MPSFFs) that were used as coolant flow channels in PEMFCs. The cooling performances of conventional serpentine and parallel flow fields were also evaluated for the purpose of comparison. The CFD results showed that the use of parallel MPSFFs can help reduce the temperature nonuniformity, and thus, can favorably enhance the performance and durability of PEMFCs.
PEM Fuel Cell operation mode can be classified into dead-end mode or open mode by whether the outlet port is blocked or not. Generally, dead-end type fuel cell has some merits on the pressure drop and system efficiency because it can generate more power than the open type fuel cell due to high operating pressure condition. However, the periodic purging process should be done for removing water which is formed as product of a reaction in the gas diffusion layer. In this study, cathode side dead-end type operation has been conducted. Moreover, pulsating flow generator at the outlet of cathode side has been suggested for increasing the period to purge the formed water because the pulsating flow can make formed water scattered uniformly over the whole channel. As a result, the purging period with pulsation increased by 1.5-2 times longer than that without pulsating.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.4
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pp.257-268
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2017
This paper proposes an efficient two-dimensional simulation model for solid oxide fuel cells (SOFCs) based on the electrochemical effectiveness model. The effectiveness model is known to accurately predict the current generation performance of SOFC electrodes, by considering the complex reaction/transport processes that occur within thin active functional layers near the electrolyte. After validation tests, the two-dimensional simulation model was used to calculate the distribution of current density and oxygen concentration transverse to the flow channel in anode-supported SOFCs, with which the oxygen depletion characteristics were investigated in detail. In addition, simulations were also conducted to determine the minimum number of grids required in the transverse direction to efficiently obtain accurate results.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.12
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pp.866-870
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2014
In solid oxide fuel cell system, yttria-stabilized zirconia is generally adopted as the electrolyte, which has high strength and superior oxygen ion conductivity, and the air electrode and the fuel electrode are attached to this. Recently, new structure of 'layered planar SOFC module' was suggested to solve the reliability problem due to the high temperature stability of a sealing agent and a binding material. In this study to materialize the air electrode in a layered planar SOFC module, the LSM ink was coated to form homogeneous electrode in the channel after the ink preparation. As the porosity control agent, PMMA or active carbon powder was adopted with use of a commercial dispersant in ethanol. The optimal amounts of both the porosity control agents and the dispersant were determined. Four (4) vol% of the dispersant for the LSM-PMMA case and 15 vol% for LSM-carbon powder showed the lowest viscosities respectively to indicate the best dispersed states of the slurries. With PMMA and carbon powder, sintered LSM ink shows the relatively homogeneous distributions of pores and with increases of the agents, the porosities increased in both cases. From this, it can be thought that the amount of the PMMA or carbon powder could be used to control the porosity of the LSM ink.
Kim, Sung Su;Lee, Sang Moon;Lee, Ye Hwan;Lee, Dong Yoon;Gwak, Ji-Yeong
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.3
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pp.56-61
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2021
In this study, Al2O3 and H-ZSM-5 were coated on the inner wall of the stainless steel tube for the stable use of liquid hydrocarbon fuel and an endothermic catalyst used as coolant for hypersonic flying vehicles. Coke production is inevitable by the endothermic decomposition reaction of the liquid hydrocarbon fuel, and Fe, Ni metals induce the production of the filamentous coke by using a stainless steel tube reactor as a cooling channel. By coating the stainless steel with H-ZSM-5, Fe and Ni metals are prevented from being directly exposed to the liquid hydrocarbon fuel, and the formation of the filamentous coke is inhibited. In addition, Al2O3 is coated between the stainless steel and H-ZSM-5 to enhance adhesion bond strength.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.18
no.2
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pp.37-42
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2022
An influence analysis on multiple steam generator tube rupture (mSGTR) followed by an unmitigated station blackout is performed to compare the plant responses according to the number of ruptured u-tubes under the assumption of a total of 10 ruptured u-tubes. In all calculation cases, the transient behaviour of major thermal-hydraulic parameters, such as the discharge flow rate through the ruptured u-tubes, reactor header pressure, and void fraction in the fuel channels is found to be overall similar to that of the base case having a single SG with 10 u-tubes ruptured. Additionally, as the conditions of low-flow coolant with high void fraction in the broken loop continued, causing the degradation of decay heat removal, the peak cladding temperature (PCT) would be expected to exceed the limit criteria for ensuring nuclear fuel integrity. However, despite the same total number of ruptured u-tubes, because of the different connection configuration between the SG and pressurizer, a difference is foud in time between the pressurizer low-level signal and reactor header low-pressure signal, affecting the time to trip the reactor and to reach the PCT limit. The present study is expected to provide the technical basis for the accident management strategy for mSGTR transient conditions of CANDU-6 plants.
Taeil Kim;Yohan Lee;Donkoan Hwang;WooHyun Jung;Nakjun Choi;Seong Seok Chung;Jihun Kim;Jonghark Park;Hyung Min Son;Kiwon Song;Huiyung Kim;HangJin Jo
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3700-3716
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2024
Owing to spatial effects and vortex flow, flow in research reactors that use plate-type fuels can be maldistributed to the parallel channels of the core, which significantly impacts the reactor safety. In this study, the core flow of an advanced research reactor was measured in a real-scale facility under various hydraulic conditions. For flow measurement, integrated pressure lines were embedded in the mockups of 22 fuel assemblies and six fission molybdenum assemblies. Each assembly mockup was individually calibrated to obtain the relationship between the pressure drop and flow rate. Real-scale facility, which implements the characteristics of the hydraulic conditions in research reactors, was then used to evaluate the assembly-to-assembly flow distribution under normal operating condition, a partially withdrawn condition for the follower fuel assemblies, no flow for the pool water management system, and 1:1.5 asymmetric inlet flow condition. As a parallel channel system, core flow distribution was analyzed with conventional header design approach. Taking into account the measuring uncertainty, the core flow was uniformly distributed within 5 % under all conditions. This was mainly because the core flow resistance was sufficiently high and the vortex flow was minimized by the perforated plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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