In spite of low energy requirement, and operation and construction cost, biofilters with soil beds have not been operated efficiently. Because of excess moisture in winter and rainy periods, saturated pores in the bed prevent passage and sorption of odorous compounds. Sometimes this results in septic conditions that release previously sorbed and oxidized sulfur. Therefore, an economical and effective alternative needs to be developed. The objectives of this study were to confirm applicability of the granular scrap tires with compost for treating odorous gas as well as to obtain optimum design parameters for proposed system. In lab-scaled test, multiple stage reactors had lower headloss than a single stage reactor and less headloss was occurred for the gas with higher moisture content. For practical purpose, pilot-scaled reactor was operated to remove odor from septic tank, manure and animal wastewater treatment plant and composting machine. According to the results of pilot scaled test, $H_2S$ can be always removed completely and ammonia/amine can be removed excellently when proper moisture content is provided. The results from lab and pilot test showed that granular scrap tire could be replaced with soil as supporting material for biofilter showed excellent drainage because of its ability to reject moisture.
One of the important parts of the in-core fuel management is loading pattern optimization (LPO). The loading pattern optimization as a reasonable design of the in-core fuel management can improve both economic and safe aspects of the nuclear reactor. This work proposes the hybrid of fuzzy logic controller with harmony search algorithm (HS) for loading pattern optimization in a pressurized water reactor. The music improvisation process to find a pleasing harmony is inspiring the harmony search algorithm. In this work, the adjustment of the harmony search algorithm parameters such as the bandwidth and the pitch adjustment rate are increasing performance of the proposed algorithm which is done through a fuzzy logic controller. Hence, membership functions and fuzzy rules are designed to improve the performance of the HS algorithm and achieve optimal results. The objective of the method is finding an optimum core arrangement according to safety and economic aspects such as reduction of power peaking factor (PPF) and increase of effective multiplication factor (Keff). The proposed approach effectiveness has been tried in two cases, Michalewicz's bivariate function problem and NEACRP LWR core. The results show that by using fuzzy harmony search algorithm the value of the fitness function is improved by 15.35%. Finally, with regard to the new solutions proposed in this research it could be used as a trustworthy method for other optimization issues of engineering field.
Kwon, Jin Su;Kim, Doh Hyeon;Shin, Sung Gil;Lee, Jeong Ik;Kim, Sang Ji
Nuclear Engineering and Technology
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제54권3호
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pp.1085-1097
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2022
A printed circuit steam generator (PCSG) is being considered as the component for pressurized water reactor (PWR) type small modular reactor (SMR) that can further reduce the physical size of the system. Since a steam generator in many PWR-type SMR generates superheated steam, it is expected that dryout front oscillation can potentially cause thermal fatigue failure due to cyclic thermal stresses induced by the transition in boiling regimes between convective evaporation and film boiling. To investigate the fatigue issue of a PCSG, a reference PCSG is designed in this study first using an in-house PCSG design tool. For the stress analysis, a finite element method analysis model is developed to obtain the temperature and stress fields of the designed PCSG. Fatigue estimation is performed based on ASME Boiler and pressure vessel code to identify the major parameters influencing the fatigue life time originating from the dryout front oscillation. As a result of this study, the limit on the temperature difference between the hot side and cold side fluids is obtained. Moreover, it is found that the heat transfer coefficient of convective evaporation and film boiling regimes play an essential role in the fatigue life cycle as well as the temperature difference.
A method was proposed for in-situ evaluating the thickness and resistivity of the oxide/hydroxide film formed on the surface of aluminum alloy exposed to sump water formed in the containment after a loss-of-coolant accident. The evaluation entailed fitting a model for the film impedance, which has film thickness and other variables describing the resistivity profile of the film along its thickness direction as fitting parameters, to the practically measured electrochemical impedance data. The obtained resistivity profiles implied that the films formed at pHs25℃ 7, 8, 9, 10, and 11 all had a duplex structure; compared to the outer layer in contact with the solution, the inner layer of the film had a much higher resistivity and was inferred to be denser and provide most of the protectiveness of the film. Both the thickness and the total resistance of the film decreased with the increasing solution pH25℃, suggesting that the films formed in more alkaline solutions had less protectiveness against corrosion, consistent with the increasing aluminum alloy corrosion rates previously identified.
가압경수로(PWR)에서 배출되는 고준위폐기물을 지하 500m의 화강암 암반의 처분장에 장기간(약 10,000년 동안) 처분하기 위하여 여러 구조적 안전성 평가 수행을 통하여 처분용기모델이 개발되었다. 기존에 설계된 가압경수로용 처분용기 모델은 구조적 안전성은 문제가 없으나 너무 무거운 단점이 지적되었다. 따라서 구조적 안전성을 유지하면서 좀 더 경량화 된 처분용기모델을 개발하는 것이 요구된다. 기존의 처분용기모델이 무거워진 한가지 이유는 처분용기 개발 시 적용된 외력조건 및 안전계수 등에 대한 조건들을 너무 엄격하게 적용했기 때문이라고 사료되기 때문에 이런 조건들을 완화하여 처분용기의 재원들을 조정하여 구조해석을 다시 수행하는 것이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 설계 완성된 기존의 처분용기에 대하여 외력 조건 및 용기의 재원(두께 등) 들을 변화시키면서 구조해석을 재 수행하여 구조적 안전성 평가를 보완하였다. 이를 바탕으로 외력 조건에 따른 처분용기의 재원 등을 재 산출한다. 보완 해석 결과 기존의 122cm의 처분용기의 직경을 102cm까지 줄여 경량화 시킬 수 있음이 확인되었다.
The traditional approach to economic design of control charts is based on the assumption that a process is monitored using a performance variable. However, various types of automatic test equipments recently introduced as a part of factory automation usually measure surrogate variables instead of performance variables that are costly to measure. In this article we propose a model for economic design of a control chart which uses a surrogate variable that is highly correlated with the performance variable. The optimum values of the design parameters are determined by maximizing the total average income per cycle time. Numerical studies are performed to compare the proposed $\bar{X}$ control charts with the traditional model using the examples in Panagos et al. (1985).
Sulfur-Iodine cycle (SI cycle)은 요오드와 황을 첨가하여 최종적으로 물을 열화학적으로 분해하여 산소와 수소를 생산하는 공정으로 황산분해, 요오드화 수소 분해, 분젠반응 등 세가지 반응들로 이루어져 있다. 분젠 반응은 두가지 공정 중간에 존재하므로 두 반응에 필요한 화학물을 조달하는 역할로 이에 대한 상분리 및 반응기에 대한 분석이 중요하다. 본 연구에서는 50 L/hr 수소를 생산하는 pilot scale의 Sulfur-Iodine Cycle 중 분젠 공정에 대한 모사, 민감도 분석, 민감도 분석을 토대로한 각각 상분리기와 분젠 반응기에 대한 최적 조건을 제시하였다. 열역학 물성치의 계산을 위해 Electrolyte Non-Random Two Liquid (ELECNRTL) model 사용하였다. 모델에 대한 신뢰도 확보를 위해서 실제 pilot scale의 공정 데이터와 검증을 수행하였다. 반응기의 종류를 선정하기 위해 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)과 Plug Flow Reactor (PFR) 동일한 온도 및 부피 변화에서 SO2 전환율을 비교하였다. 상분리기 선정을 위해 3상 분리 시스템(기체-액체-액체)과 액체-기체 분리 후 액체-액체 구조에서 H2SO4 상과 HIX 상에서의 불순물들을 비교하였다. PFR에서 온도, 지름, 길이를 결정 변수로 SO2 전환율을 최대화 하기 위한 최적화를 수행하였는데, 온도 121 ℃와 PFR의 지름이 0.20 m 및 길이 7.6 m 일 때 SO2 전환율이 98% 최적 결과임을 확인하였다. 기존 pilot scale과 동일한 운전 조건 하에 PFR의 지름 3/8 inch, 길이 3.0 m, 120 ℃ 일 때 인입 몰량인 I2 및 H2O를 결정 변수로 SO2 전환율에 대한 최적화를 수행하였을 때, SO2 전환율이 10% 일때 H2O 및 I2 의 인입 몰량은 각각 17%와 22%로 감소하였다. 앞선 조업 조건 최적화 조건 (121 ℃, 지름 0.20 m, 길이: 7.6 m) 경우에는 SO2 전환율이 98% 일 때 H2O가 1% 그리고 I2가 7% 감소하였다. 상분리기에서 HIX 상내 H2SO4 최소화하는 목적함수에서 그에 상응하는 온도, I2와 H2O를 결정 변수로 설정하였을 때, H2O 몰량이 기존공정보다 17% 감소하고 I2 몰량이 24% 감소하였을 때 최소 불순물이 생성하였다.
Deep groove ball bearing is installed in a control element of an integral nuclear reactor, where water is used as coolant and lubricant. This bearing is made of STS440C stainless steel for the raceways and the balls to use in radioactive environment and water. It is known that the retainer design affects ball bearing operability and endurance life, however there is no verified retainer design and material for water lubricated ball bearing. Four kinds of retainers are manufactured for the endurance test of water lubricated deep groove ball bearing. Three of them are commercially developed types and the other is designed for this research. It is verified that ball bearings with steel pressed and general plastic retainer can not survive to required life in the water, however bearings with machined type and cylinder type retainer can survive. This proves that one of the major design parameters for water lubricated ball bearing is retainer type and material. In this paper, experimental research of endurance test for water-lubricated ball bearing are reported.
Printed circuit heat exchangers (PCHEs) are widely used with an increasing demand for industrial applications. PCHEs are capable of operating at high temperatures and pressure. We consider a PCHE as a candidate intermediate heat exchanger type for a high temperature gas-cooled reactor (HTGR). For conventional application using stainless steels, design and manufacturing of PCHEs are well established. For applications to HTGR, knowledge of longitudinal conduction and deformation of channel is required to estimate design margin. This paper analyzes the effects of longitudinal conduction and deformation of channel on thermal performance using a code internally developed for design and analysis of PCHEs. The code has a capability of two dimensional simulations. Longitudinal conduction is estimated using the code. In HTGR operating condition, about ten percent of design margin is required to compensate thermal performance. The cross-sectional images of PCHE channels are obtained using an optical microscope. The images are processed with computer image process technique. We quantify the deformation of channel with dimensional parameters. It is found that the deformation has negative effect on structural integrity. The deformation enhances thermal performance when the shape of channel is straight in laminar flow regime. It reduces thermal performance in cases of a zigzag channel and turbulent flow regime.
Saghafi, Mahdi;Ayyoubzadeh, Seyed Mohsen;Terman, Mohammad Sadegh
Nuclear Engineering and Technology
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제52권12호
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pp.2852-2859
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2020
This paper deals with the simulation-based design optimization and experimental validation of the characteristics of an in-core silver Self-Powered Neutron Detector (SPND). Optimized dimensions of the SPND are determined by combining Monte Carlo simulations and analytical methods. As a first step, the Monte Carlo transport code MCNPX is used to follow the trajectory and fate of the neutrons emitted from an external source. This simulation is able to seamlessly integrate various phenomena, including neutron slowing-down and shielding effects. Then, the expected number of beta particles and their energy spectrum following a neutron capture reaction in the silver emitter are fetched from the TENDEL database using the JANIS software interface and integrated with the data from the first step to yield the origin and spectrum of the source electrons. Eventually, the MCNPX transport code is used for the Monte Carlo calculation of the ballistic current of beta particles in the various regions of the SPND. Then, the output current and the maximum insulator thickness to avoid breakdown are determined. The optimum design of the SPND is then manufactured and experimental tests are conducted. The calculated design parameters of this detector have been found in good agreement with the obtained experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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