There are many parameters that affect the natural circulation flow, such as height difference, heating power size, pipe diameter, system pressure and inlet temperature and so on. In general analysis the heating power is often regarded as a uniform distribution. The ANSYS-CFX numerical analysis software was used to analyze the flow heat transfer of supercritical water under different heating power distribution conditions. The distribution types of uniform, power increasing, power decreasing and sine function are investigated. Through the analysis, it can be concluded that different power distribution has a great influence on the flow of natural circulation if the total power of heating is constant. It was found that the peak flow of supercritical water natural circulation is maximal when the distribution of heating power is monotonically decreasing, minimal when it is monotonically increasing, and moderate at uniform or the sine type of heating. The simulation results further reveal the supercritical water under different heat transfer conditions on its flow characteristics. It can provide certain theory reference and system design for passive residual heat removal system about supercritical water.
Xiang, Feng;Tao, Zhou;Jialei, Zhang;Boya, Zhang;Dongliang, Ma
Nuclear Engineering and Technology
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제52권7호
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pp.1409-1416
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2020
The study of heat transfer coefficient of supercritical water plays an important role in improving the heat transfer efficiency of the reactor. Taking the supercritical natural circulation experimental bench as the research object, the effects of power, flow, pipe diameter and mainstream temperature on the heat transfer coefficient of supercritical water were studied. At the same time, the experimental data of Chen Yuzhou's supercritical water heat transfer coefficient was collected. Through the factorial design method, the influence of different factors and their interactions on the heat transfer coefficient of supercritical water is analyzed. Through the corresponding analysis method, the influencing factors of different levels of heat transfer coefficient are analyzed. It can be found: Except for the effects of flow rate, power, power-temperature and temperature, the influence of other factors on the natural circulation heat transfer coefficient of supercritical water is negligible. When the heat transfer coefficient is low, it is mainly affected by the pipe diameter. As the heat transfer coefficient is further increased, it is mainly affected by temperature and power. When the heat transfer coefficient is at a large level, the influence of the flow rate is the largest at this time.
The carbon dioxide properties change sharply near the critical or pseudo-critical point in the heat transfer processes. The reduction in turbulent, convective heat transfer parameters observed in some supercritical data and in experiments with common gases can be due to property variation, acceleration, buoyancy or combinations of these phenomena, depending on the conditions of the applications. In this study, the measurement for the secondary flow driven by buoyancy was carried out on the supercritical carbon dioxide turbulent flows in the different boundary condition with the constant mass flow rate. The available measuring techniques were used to clarify the behaviour of any supercritical fluid. Laser Doppler Velocimeter (LDV) and a special device was used to measure the secondary velocity and turbulent characteristics of the supercritical flows.
초임계 조건에서의 연소반응에서는 액체산소가 초임계 상태로 천이되며 스도보일링과 급격한 물성치변화를 발생시킨다. 이때 초임계 상태에서 작동하는 분사기의 연소반응은 급격한 밀도차로 인한 난류확산에 의해 지배되며, 따라서 스도보일링과 함께 발생하는 확산유동에 대한 연구가 필요하다. 많은 연구자들에 의해 초임계 연소해석에서 발생하는 이 현상들에 대한 연구가 진행되었지만 다양한 변수들에 의한 사례연구가 부족한 상태이다. 본 연구에서는 초임계 압력조건에서 산화제-연료비(O/F)와 연소기 직경, 리세스비를 통해 재순환유동 및 액체산소코어 길이에 변화를 주어 이로 인한 유동구조 및 화염구조의 변화를 수치적으로 연구하였다.
The supercritical carbon dioxide (S-CO2) Brayton cycle is an important energy conversion technology for the fourth generation of nuclear energy. Since the printed circuit heat exchanger (PCHE) used in the S-CO2 Brayton cycle has narrow channels, Rayleigh-Bénard (RB) convection is likely to exist in the tiny channels. However, there are very few studies on RB convection in supercritical fluids. Current research on RB convection mainly focuses on conventional fluids such as water and air that meet the Boussinesq assumption. It is necessary to study non-Boussinesq fluids. PRB convection refers to RB convection that is affected by horizontal incoming flow. In this paper, the computational fluid dynamics simulation method is used to study the PRB convection phenomenon of non-Boussinesq fluid-supercritical carbon dioxide. The result shows that the inlet Reynolds number (Re) of the horizontal incoming flow significantly affects the PRB convection. When the inlet Re remains unchanged, with the increase of Rayleigh number (Ra), the steady-state convective pattern of the fluid layer is shown in order: horizontal flow, local traveling wave, traveling wave convection. If Ra remains unchanged, as the inlet Re increases, three convection patterns of traveling wave convection, local traveling wave, and horizontal flow will appear in sequence. To characterize the relationship between traveling wave convection and horizontal incoming flow, this paper proposes the relationship between critical Reynolds number and relative Rayleigh number (r).
A computational study has been performed to determine the effects of divergent trailing edge (DTE) modification to a supercritical airfoil in transonic flow field. For this, the computational result with the original DLBA 186 supercritical airfoil was compared to that of the modified DLBA 283. A wavier-Stokes code, Fluent 5. 1, was used with Spalart-Allmaras's one-equation turbulence model. Results in this study showed that the reduction in drag due to the DTE modification is associated with weakened shock and delayed shock appearance. The decrease in drag due to the DTE modification is greater than the increase in base drag. The effect of the recirculating flow region on lift increase was also observed. An airfoil with DTE modification achieved the same lift coefficient at a lower angle of attack while giving a lower drag coefficient. Thus, the lift-to-drag ratio increases in transonic flow conditions compared to the original airfoil. The lift coefficient increases considerably whereas the lift slope increases just a little due to DTE modification.
In this study, flutter analyses for supercritical airfoil have been conducted in transonic region. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) has been developed in order to investigate detailed static and dynamic responses of supercritical airfoil. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with Spalart-Allmaras (S-A) and SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of cascades for fluid-structure interaction (FSI) problems. Also, flow-induced vibration (FIV) analyses for various supercritical airfoil models have been conducted. Detailed flutter responses for supercritical are presented to show the physical performance and vibration characteristics in various angle of attack.
In this study, flutter analyses for supercritical airfoil have been conducted in transonic region. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) has been developed in order to investigate detailed static and dynamic responses of supercritical airfoil. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with Spalart-Allmaras (S-A) and SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of cascades for fluid-structure interaction (FSI) problems. Also, flow-induced vibration (FIV) analyses for various supercritical airfoil models have been conducted. Detailed flutter responses for supercritical are presented to show the physical performance and vibration characteristics in various angle of attack.
Sarkar, Milan Krishna Singha;Basu, Dipankar Narayan
Nuclear Engineering and Technology
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제49권1호
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pp.103-112
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2017
Application of the supercritical condition in reactor core cooling needs to be properly justified based on the extreme level of parameters involved. Therefore, a numerical study is presented to compare the thermalhydraulic performance of supercritical and single-phase natural circulation loops under low-to-intermediate power levels. Carbon dioxide and water are selected as respective working fluids, operating under an identical set of conditions. Accordingly, a three-dimensional computational model was developed, and solved with an appropriate turbulence model and equations of state. Large asymmetry in velocity and temperature profiles was observed in a single cross section due to local buoyancy effect, which is more prominent for supercritical fluids. Mass flow rate in a supercritical loop increases with power until a maximum is reached, which subsequently corresponds to a rapid deterioration in heat transfer coefficient. That can be identified as the limit of operation for such loops to avoid a high temperature, and therefore, the use of a supercritical loop is suggested only until the appearance of such maxima. Flow-induced heat transfer deterioration can be delayed by increasing system pressure or lowering sink temperature. Bulk temperature level throughout the loop with water as working fluid is higher than supercritical carbon dioxide. This is until the heat transfer deterioration, and hence the use of a single-phase loop is prescribed beyond that limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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