Yarmohammadi, Mehdi;Rahgoshay, Mohammad;Shirani, Amir Saied
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.8
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pp.1629-1635
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2017
Reliable prediction of nuclear fuel rod behavior of nuclear power reactors constitutes a basic demand for steady-state calculations, design purposes, and fuel performance assessment. Perfect design of fuel rods as the first barrier against fission product release is very important. Simulation of fuel rod performance with a code or software is one of the fuel rod design steps. In this study, a software program called MARCODE is developed in MATLAB environment that can analyze the temperature distribution, gap conductance value, and fuel and clad displacement in both solid and annular fuel rods. With a comparison of the maximum fuel temperature, fuel average temperature, fuel surface temperature, and gap conductance in solid and annular fuel, the effects of a central hole on the fuel temperature distribution are investigated.
An experimental study is conducted to investigate the effects of fuel temperature on the spray characteristics of a dual-orifice type swirl injector which is used in gas turbines. The major parameters affecting spray characteristics are fuel temperature and injection pressure entering into the injector. Fuel temperature is shown to have strong influence on the spray characteristics especially at a lower temperature. In this study, fuel temperature is varied from $30^{\circ}C$ to $120^{\circ}C$ and injection pressure is altered from 3 to $7 kg_{f}$ /$cm^{2}$. Two kinds of fuel, which have different surface tension and viscosity, are chosen as an atomizing fluid. As a result, injection instability occurs in the low temperature range due to icing phenomenon and the change of fuel properties. As the injection pressure increases, the kinematic viscosity range for stable atomization becomes wider. The factor controlling the SMD of spray is substantially different depending on the fuel temperature range.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.8
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pp.51-59
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2013
High temperature fuel cell system, such as molten carbonate fuel cells(MCFC) and solid oxide fuel cells(SOFC), are capable of operating at MW rated power output. The power output change of high temperature fuel cell imposes the thermal and mechanical stresses on the fuel cell stack. To minimize the thermal-mechanical stresses on the stack, increases in the power output of high temperature fuel cell typically must be made at a slow rate. So, the short time interruption of high temperature fuel cell causes considerable generated energy losses. Because of the characteristic of high temperature fuel cell, we analyzed the impact of electrical fault in the fuel cell plant on other fuel cell generators in the same plant site. A various grounding configuration and voltage sag are analyzed. Finally, we presented the solution to minimize the effect of fault on other fuel cell generators.
Fuel temperature coefficient (FTC) of PuO2+ZrO2 (ROX) fueled LWR cell is analyzed neutronically with reactor- and weapons-grade plutonium fuels in comparison with a U-free PuO2+ThO2 (TOX), and a conventional MOX fuel cells. The FTC value of a ROX fueled LWR is smaller compared to a TOX or a MOX fueled LWRs and becomes extremely positive especially, at EOL. This is because when fuel temperature is increased, thermal neutron spectrum is shifted to harder, which is extreme at EOL in ROX fuel than that in TOX and MOX fuels. Consequently at EOL, 239Pu and 241Pu contributes to positive fuel temperature reactivity (FTR) in ROX fuel, while they have negative contribution in TOX and MOX fuels. The FTC problem of ROX fuel is mitigated by additive ThO2, UO2 or Er2O3. In ROX-additive fuel, the atomic density of fissile Pu becomes more than additive free ROX fuel especially at EOL, which is the main cause to improve the FTC problem. The density of fissile Pu is more effective to decrease the thermal spectrum shifts with increase the fuel temperature than additive ThO2, UO2 or Er2O3 in ROX fuel.
The low temperature characteristics of automotive diesel have been legally regulated due to the fact that solid particle in diesel at low temperature can cause severe problems in the vehicle. The biodiesel is well known for eco-friendly fuel, which is one of the most popular alternative petrodiesel, but it is easy to solidified at low temperature than petrodiesel at low temperature. For that reason, in this study, we investigated the low temperature fuel characteristics of diesel-biodiesel blends which were prepared to mix 6 different kinds of biodiesel to winter diesel fuel, respectively. Also, we confirmed to improve low temperature fuel characteristics by pour point depressant.
Jha, Alok;Gupta, Anurag;Das, Rajarshi;Paraswar, Shantanu D.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2760-2770
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2020
A model for calculation of fuel temperature profile using binary gas mixture of Helium and Xenon for gap gas conductance is proposed here. In this model, the temperature profile of a fuel pencil from fuel centreline to fuel surface has been calculated by taking into account the dilution of Helium gas filled during fuel manufacturing due to accumulation of fission gas Xenon. In this model an explicit calculation of gap gas conductance of binary gas mixture of Helium and Xenon has been carried out. A computer code Fuel Characteristics Calculator (FCCAL) is developed for the model. The phenomena modelled by FCCAL takes into account heat conduction through the fuel pellet, heat transfer from pellet surface to the cladding through the gap gas and heat transfer from cladding to coolant. The binary noble gas mixture model used in FCCAL is an improvement over the parametric model of Lassmann and Pazdera. The results obtained from the code FCCAL is used for fuel temperature calculation in 3-D neutron diffusion solver for the coolant outlet temperature of the core at steady operation at full power. It is found that there is an improvement in calculation time without compromising accuracy with FCCAL.
Because the interaction layers that form between U-Mo particles and the Al matrix degrade the thermal properties of U-Mo/Al dispersion fuel, an investigation was undertaken of the undesirable feedback effect between an interaction layer growth and a centerline temperature increase for dispersion fuel. The radial temperature distribution due to interaction layer growth during irradiation was calculated iteratively in relation to changes in the volume fractions, the thermal conductivities of the constituents, and the oxide thickness with the burnup. The interaction layer growth, which is estimated on the basis of the temperature calculations, showed a reasonable agreement with the post-irradiation examination results of the U-Mo/Al dispersion fuel rods irradiated at the HANARO reactor. The U-Mo particle size was found to be a dominant factor that determined the fuel temperature during irradiation. Dispersion fuel with larger U-Mo particles revealed lower levels of both the interaction layer formation and the fuel temperature increase. The results confirm that the use of large U-Mo particles appears to be an effective way of mitigating the thermal degradation of U-Mo/Al dispersion fuel.
The ignition characteristics in a confined axisymmetric coflow $CH_4$ jet were investigated numerically with the Fire Dynamics Simulator(FDS). The $CH_4$ fuel stream was diluted with main combustion product gases, such as $O_2$, $N_2$, CO, $CO_2$, and $H_2O$, and the mixed fuel stream was heated up to the sufficient temperature where a supplying fuel stream can be ignited. For the calculation of chemical reaction in the simulation, a 2-step global finite chemistry model was considered. Boundary condition for confined wall was optimized by investigating the effects of wall temperature on the ignition characteristics of fuel stream. In addition, the effects of composition of diluents in the fuel stream and fuel stream temperature on the ignition of fuel steam were investigated. The ignition characteristics of $CH_4$ stream with diluents were very sensitive to the wall temperature, composition of diluents in the fuel stream and fuel stream temperature.
As a type of accident-tolerant fuel, fully ceramic microencapsulated (FCM) fuel was proposed after the Fukushima accident in Japan. The FCM fuel consists of tristructural isotropic particles randomly dispersed in a silicon carbide (SiC) matrix. For a fuel element with such high heterogeneity, we have proposed a two-temperature homogenized model using the particle transport Monte Carlo method for the heat conduction problem. This model distinguishes between fuel-kernel and SiC matrix temperatures. Moreover, the obtained temperature profiles are more realistic than those of other models. In Part I of the paper, homogenized parameters for the FCM fuel in which tristructural isotropic particles are randomly dispersed in the fine lattice stochastic structure are obtained by (1) matching steady-state analytic solutions of the model with the results of particle transport Monte Carlo method for heat conduction problems, and (2) preserving total enthalpies in fuel kernels and SiC matrix. The homogenized parameters have two desirable properties: (1) they are insensitive to boundary conditions such as coolant bulk temperatures and thickness of cladding, and (2) they are independent of operating power density. By performing the Monte Carlo calculations with the temperature-dependent thermal properties of the constituent materials of the FCM fuel, temperature-dependent homogenized parameters are obtained.
Park, Byung-Sung;Kim, Ho-Young;Kim, Yongchan;Chung, Jin-Taek
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.18
no.7
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pp.1187-1195
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2004
The objective of this study is to investigate the effects of fuel temperature on the spray characteristics of a dual-orifice type swirl injector used in a gas turbine. The major parameters affecting spray characteristics are fuel temperature and injection pressure entering into the injector. In this study, the spray characteristics of a dual-orifice type swirl injector are investigated by varying fuel temperature from - 30$^{\circ}C$ to 120$^{\circ}C$ and injection pressure from 0.29 to 0.69 ㎫. Two kinds of fuel having different surface tension and viscosity are chosen as atomizing fluids. As a result, injection instability occurs in the low fuel temperature range due to icing phenomenon and fuel property change with a decrease of fuel temperature. As the injection pressure increases, the range of kinematic viscosity for stable atomization becomes wider. The properties controlling the SMD of spray is substantially different according to the fuel temperature range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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