Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.10
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pp.1097-1103
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2011
Liquid droplet impingement erosion (LDIE) is caused by the impact of high-velocity droplets entrained in steam or air on metal. The degradation caused by the LDIE has been experienced in steam turbine internals and high-velocity airplane components (particularly canopies). Recently, LDIE has also been observed in the pipelines of nuclear plants. LDIE among the pipelines occurs when two-phase steam experiences a high pressure drop (e.g., across an orifice in a line to the condenser). In 2011, a nuclear power plant in Korea experienced a steam leak caused by LDIE in a pipe through which a two-phase fluid was flowing. This paper describes a study on the design change of a pipe affected by LDIE in order to mitigate the damage. The design change has been reviewed in terms of fluid dynamics by using the FLUENT code.
The expansivity of clayey soils is a complicated phenomenon which may affect the stability of geotechnical structures and geo-environmental projects. In all common factors for the monitoring of soil expansion, less attention is given to anion type of pore space solutions. Therefore, this paper is concerned with the impact of various concentrations of different inorganic salts including NaCl, $Na_2SO_4$, and $Na_2CO_3$ on the macro and microstructure behavior of the expandable smectite clay. Comparison of the responses of the smectite/NaCl and smectite/$Na_2SO_4$ mixtures indicates that the effect of anion valance on the soil engineering properties is not very pronounced, regardless of the electrolyte concentration. However, at presence of carbonate as potential determining ions (PDIs) the swelling power increases up to 1.5 times compared to sulfate or chloride ions. The samples with $Na_2CO_3$ are also more deformable and show lower osmotic compressibility than the other mixtures. This demonstrates that the barrier performance of smectite greatly decreases in case of anions with the non-specific adsorption (e.g., $Cl^-$ and $SO{_4}^{2-}$) as the salinity of solution increases. Based on the results of the X-ray diffraction and sedimentation tests, the high soil volumetric changes upon exposure to carbonate is attributed to an increase in the repulsive forces between smectite basic unit layers due to the PDI effect of $CO{_3}^{2-}$ and increasing the pH level which enhance the buffering capacity of smectite. The study concluded that the nature of anion through its influence on the re-arrangement of soil microstructure and osmotic phenomena governs the hydro-mechanical parameters of expansive clays. It seems not coinciding with the double layer theory of the Gouy-Chapman double layer model.
Lee, Changsoo;Yoon, Seok;Lee, Jaewon;Kim, Geon Young
Tunnel and Underground Space
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v.29
no.1
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pp.38-51
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2019
Barcelona Basic Model (BBM) can describe not only swelling owing to decrease in effective stress, but also wetting-induced swelling due to decrease in suction. And the BBM can also consider increase in cohesion and apparent preconsolidation stress with suction, and decrease in the apparent preconsolidation stress with temperature. Therefore, the BBM is widely used all over the world to predict and to analyze coupled thermo-hydro-mechanical behavior of bentonite which is considered as buffer materials at the engineered barrier system in the high-level radioactive waste disposal system. However, the BBM is not well known in Korea, so this paper introduce the BBM to Korean rock engineers and geotechnical engineers. In this study, Modified Cam Clay (MCC) model is introduced before all, because the BBM was first developed as an extension of the MCC model to unsaturated soil conditions. Then, the thermo-elasto-plastic version of the BBM is described in detail.
Juhyi Yim;Saeha Kwon;Seungbeom Choi;Taehyun Kim;Ki-Bok Min
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.1
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pp.10-28
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2023
Long-term shear behavior of the rock discontinuities should be analyzed and its stability should be evaluated to ensure the long-term stability of a high-level radioactive waste disposal repository. The long-term shear behavior of the discontinuities can be modeled with creep and RSF models. The shear creep test, velocity step test, and slide-hold-slide test can be performed to determine their model parameters or analyze the shear behavior by experiments under various conditions. Testing apparatuses for direct shear, triaxial compression, and biaxial shear were mainly used and improved to reproduce the thermo-hydro-mechanical conditions of local bedrock, and it was confirmed that the shear behavior could vary. In order to design a high-level radioactive waste disposal site in Korea, the long-term behavior of rock discontinuities should be investigated in consideration of rock types, thermo-hydro-mechanical conditions, metamorphism, and restoration of shear resistance.
This study presents an application of hydro-mechanical coupled Particle Flow Code 3D (PFC3D) to simulation of fluid injection induced fault slip experiment conducted in Mont Terri Switzerland as a part of a task in an international research project DECOVALEX-2019. We also aimed as identifying the current limitations of the modelling method and issues for further development. A fluid flow algorithm was developed and implemented in a 3D pore-pipe network model in a 3D bonded particle assembly using PFC3D v5, and was applied to Mont Terri Step 2 minor fault activation experiment. The simulated results showed that the injected fluid migrates through the permeable fault zone and induces fault deformation, demonstrating a full hydro-mechanical coupled behavior. The simulated results were, however, partially matching with the field measurement. The simulated pressure build-up at the monitoring location showed linear and progressive increase, whereas the field measurement showed an abrupt increase associated with the fault slip We conclude that such difference between the modelling and the field test is due to the structure of the fault in the model which was represented as a combination of damage zone and core fractures. The modelled fault is likely larger in size than the real fault in Mont Terri site. Therefore, the modelled fault allows several path ways of fluid flow from the injection location to the pressure monitoring location, leading to smooth pressure build-up at the monitoring location while the injection pressure increases, and an early start of pressure decay even before the injection pressure reaches the maximum. We also conclude that the clay filling in the real fault could have acted as a fluid barrier which may have resulted in formation of fluid over-pressurization locally in the fault. Unlike the pressure result, the simulated fault deformations were matching with the field measurements. A better way of modelling a heterogeneous clay-filled fault structure with a narrow zone should be studied further to improve the applicability of the modelling method to fluid injection induced fault activation.
In the engineering barriers of high-level radioactive waste disposal, gases could be generated through a number of processes. If the gas production rate exceeds the gas diffusion rate, the pressure of the gas increases and gases could migrate through the bentonite buffer. Because people and the environment can be exposed to radioactivity, it is very important to clarify gas migration in terms of long-term integrity of the engineered barrier system. In particular, it is necessary to identify the hydro-mechanical mechanism for the dilation flow, which is a very important gas flow phenomenon only in medium containing large amounts of clay materials such as bentonite buffer, and to develop and validate new numerical approach for the quantitative evaluation of the gas migration phenomenon. Therefore, in this study, we developed a two-phase flow model considering the mechanical damage model in order to simulate the gas migration in the engineered barrier system, and validated with 1D gas flow modelling through saturated bentonite under constant volume boundary conditions. As a result of numerical analysis, the rapid increase in pore water pressure, stress, and gas outflow could be simulated when the dilation flow was occurred.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.3
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pp.315-323
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2016
This paper deals with experimental investigation of active flow control via synthetic jets using an unmanned combat air vehicle (UCAV) planform. Fourteen arrays of synthetic jets, mounted along both leading edges, were fully or partially activated to increase aerodynamic efficiency and reduce pitch-up moment. The measurements were carried out using a six-component external balance, a pressure scanner, and tuft flow visualization. It was observed that aerodynamic efficiency (L/D) and pitching moment were clearly affected by the location of jets. In particular, inboard and outboard actuation could effectively increase L/D. Moreover, inboard actuation showed a reduction in the pitch-up, even more than that generated by the full actuation. These results suggest that inboard actuation not only effectively increases L/D but also reduces the pitch-up using only a few actuators.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.3
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pp.274-281
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2013
The variable demand on the energy market requires a great flexibility in operating hydro turbines. However, Francis turbine operated at off-design conditions poses technical challenges related to large unsteady forces given by residual swirl and angular momentum. In order to improve the performance of a Francis turbine, the paper presents a numerical investigation of the 3D flow in the turbine at off-design conditions and discusses the influence of variable guide vane openings on the internal flow of a Francis turbine with the help of computational fluid dynamics. First, the internal flow characteristics of Francis turbine operated by varied guide vane angle at off design condition are computed and the optimal guide vane angle is obtained. Secondly, the Francis turbine is operated with guide vane number varies at the optimal guide vane angle. Finally, pressure contours and velocity distributions in the distributor are discussed and compared.
Injection rate shape control is one feature of a diesel fuel injection system that is strongly desired at this time. In the conventional common rail system, it is difficult to control the injection rate since the fuel pressure is constant during the injection period, resulting in a nearly rectangular rate shape. In order to look into possible injection modulations, injectors equipped with standard and geometrically modified control valves were investigated in detail by means of computer modelling and simulation. Experiments were carried out to validate the feasibility of such a shaping. The results of this study show a noteworthy dependence of the fuel rate on geometrical modifications in the piloting stage of the injector.
This paper investigates coupled thermal, mechanical and hydraulic phenomena in deep rock mass especially for underground heat storage system. Firstly, concepts of underground heat storage were presented and coupling phenomena in this area were illustrated. In order to understand the basic mechanism of thermal, hydraulic and deformation behavior in rock cavern disturbed by thermal gradient about 10$0^{\circ}C$, various numerical experiments were conducted using several codes. The study involves the behavior of fractured rock mass including rock joint. In spite of the limitation of codes modelling fully coupled effects, these codes could be applied in analysis of underground heat storage. The heat loss in rock mass, which is a major factor in heat storage, is insignificant in all results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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