Liquid lead-bismuth cooled fast reactor is one of the most promising reactor types among the fourth-generation nuclear energy systems. The flow and heat transfer characteristics of lead-bismuth eutectic (LBE) are completely different from ordinary fluids due to its special thermal properties, causing that the traditional Reynolds analogy is no longer recommended and appropriate. More accurate turbulence flow and heat transfer model for the liquid metal lead-bismuth should be developed and applied in CFD simulation. In this paper, a specific CFD solver for simulating the flow and heat transfer of liquid lead-bismuth based on the k - 𝜀 - k𝜃 - 𝜀𝜃 model was developed based on the open source platform OpenFOAM. Then the advantage of proposed model was demonstrated and validated against a set of experimental data. Finally, the simulation of LBE turbulent flow and heat transfer in a 7-pin wire-wrapped rod bundle with the k - 𝜀 - k𝜃 - 𝜀𝜃 model was carried out. The influence of wire on the flow and heat transfer characteristics and the three-dimensional distribution of key thermal hydraulic parameters such as temperature, cross-flow velocity and Nusselt number were studied and presented. Compared with the traditional SED model with a constant Prt = 1.5 or 2.0, the k - 𝜀 - k𝜃 - 𝜀𝜃 model is more accurate on predicting the turbulence flow and heat transfer of liquid lead-bismuth. The average relative error of the k - 𝜀 - k𝜃 - 𝜀𝜃 model is reduced by 11.1% at most under the simulation conditions in this paper. This work is meaningful for the thermal hydraulic analysis and structure design of fuel assembly in the liquid lead-bismuth cooled fast reactor.
Ko, Min Wook;Oh, Chang Bo;Han, Youn Shik;Do, Kyu Hyung
Fire Science and Engineering
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v.29
no.5
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pp.42-50
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2015
Three simulation approaches for turbulence were applied for the computation of propane dispersion in a simplified real-scale urban area with one building:, Large Eddy Simulation (LES), Detached Eddy Simulation (DES), and Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS). The computations were performed using FLUENT 14, and the grid system was made with ICEM-CFD. The propane distribution depended on the prediction performance of the three simulation approaches for the eddy structure around the building. LES and DES showed relatively similar results for the eddy structure and propane distribution, while the RANS prediction of the propane distribution was unrealistic. RANS was found to be inappropriate for computation of the gas dispersion process due to poor prediction performance for the unsteady turbulence. Considering the computational results and cost, DES is believed to be the optimal choice for computation of the gas dispersion in a real-scale space.
This paper presents numerical simulations of flow around a circular patch of vegetation using a depth-averaged two-dimensional numerical model which is capable of simulating flow structure in vegetated open channel. In order to account for vegetation effect, drag force terms are included in governing equations. Numerical simulations are conducted with various solid volume fractions (SVF). Flow passes through a circular patch and low velocity region, which is called wake region, is formed downstream of the patch. When SVF is larger than 0.08, a recirculation is observed. The location of the recirculation is moved further downstream as SVF decreases. Von-$K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ vortex street is developed beyond the wake region due to interaction between two shear layers induced by a circular patch of vegetation. The vortex is developed as SVF is larger than 0.08, and the location of the vortex is consistent with the maximum of turbulence kinetic energy. The location of the peak of turbulence kinetic energy is moved further downstream as SVF decreases.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.2
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pp.246-252
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2018
In this paper, the friction drag force of 3D submerged body is investigated by considering the surface roughness, the first grid height, and the Reynolds number using open CFD source code, OpenFOAM 4.0. A procedure for estimating drag components by CFD code is set up and suggested in this study. In the 3D submerged body, because of the form factor in the 3D computations, the friction resistance with the small roughness of $12{\mu}m$ obtains different result with the smooth wall. As the Reynolds number increased, the boundary layer becomes thinner and the fiction resistance tends to decrease. In the computations for the effect of y+, the friction resistance and wall shear stress are excessively predicted when the y+ value deviates from the log layer. This is presumably because the boundary layer becomes thicker and the turbulence energy is excessively predicted in the nose due to the increase in y+ value. As the roughness increases, the boundary layer becomes thicker and the turbulence kinetic energy on the surface increases. From this study, the drag estimation method, considering the roughness by numerical analysis for ships or offshore structures, can be provided by using the suggested the y+ value and surface roughness with wall function.
Without electirc power to cool down the hot reactor core, passive systems utilizing natural circulation are becoming a big specialty of recent neculear systems after the severe accident in Fukusima. When we consider the natural circulation in a pool, thermal mixing phenomena may start from single phase circulation and can continue to two phase condition. Since the CUPID code, which has been developed for two-phase flow analysis, can deal with the phase transition phenomena, the CUPID would be pertinent to natural convection problems in single- and two-phase conditions. Thus, the CUPID should be validated against single- and two-phase natural circulation phenomena. For the first step of the validation process, this study is focused on the validation of single-phase natural circulation. Moreover, the CUPID code solves the fluid properties by the relationship to pressure and temperature from the steam table considering non-condensable gas effects, so that the effects from variable properties are included. Simple square thermal cavity problems are tested for laminar and turbulent conditions against numerical and experimental data. Throughout the investigation, it is found that the variable properties can affect the flow field in laminar condition, but the effect becomes weak in turbulence condition, and the CUPID code implementing steam table is capable of analyzing single phase natural circualtion phenomena.
Park, Jae-Young;Han, Dong-Sik;Kim, Han-Seok;Song, Ju-Hun;Chang, Young-June;Jeon, Chung-Hwan
Journal of Energy Engineering
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v.20
no.4
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pp.338-345
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2011
The swirl flow applied for high efficiency and reduction of emission such as NOx, CO in a gas turbine engine makes recirculation zone by shear layer in the combustion chamber. This recirculation zone influences a decreasing flame temperature and flame length by burned gas recirculation. Also it is able to suppress from instability in lean-premixed flame. In this study, it was found that the swirl flow field was characterized as function of swirl number using PIV measurement in dump combustor. As increasing swirl number, a change of flow field was presented and recirculation zone was shifted in the nozzle exit direction. Also turbulent intensity and turbulent length scale in combustor were decreased in combustion. It has shown reduction of eddies scale with swirl number increasing.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.4
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pp.200-205
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2013
In order to investigate the characteristics of unsteady flow in a mixed flow pump guide vane under the small flow conditions, several indicator points in a mixed flow pump guide vane was set, the three-dimensional unsteady turbulence numerical value of the mixed flow pump which is in the whole flow field will be calculated by means of the large eddy simulation (LES), sub-grid scale model and sliding mesh technology. The experimental results suggest that the large eddy simulation can estimate the positive slope characteristic of head & capacity curve. And the calculation results show that the pressure fluctuation coefficients of the middle section in guide vane inlet will decrease firstly and then increase. In guide vane outlet, the pressure fluctuation coefficients of section will be approximately axially symmetrical distribution. The pressure fluctuation minimum of section in guide vane inlet is above the middle location of the guide vane suction surface, and the pressure fluctuation minimum of section in which located the middle and outlet of guide vane. When it is under the small flow operating condition, the eddy scale of guide vane is larger, and the pressure fluctuation of the channel in guide vane being cyclical fluctuations obviously which leads to the area of eddy expanding to the whole channel from the suction side. The middle of the guide vane suction surface of the minimum amplitude pressure fluctuation to which the vortex core of eddy scale whose direction of fluid's rotation is the same to impeller in the guide vane adhere.
The improvement of energy conservation is mandatory to decrease consumption of fossil fuels and to minimize negative impacts on the environment which originates from large cooling and heating demand. The absorption heat pump technology has a large potential for energy-saving in this respect. Absorption heat pump is a means to upgrade waste heat without the addition of extra thermal energy. The higher performance of absorber is of great importance for absorption heat pump cycle. In this study, in order to improve the performance of absorber, the absorber of tangential feed of a liquid phase with spiral tube has been investigated using methanol-glycerine as a working fluid. The spiral tube and tangential feeding generate the turbulence into the liquid flow while increasing the mass and heat transfer coefficients. The simultaneous heat and mass transfer were found to take place in a liquid turbulent film in the absorber with the spiral tube during the process of gas absorption. By calculating mass and heat transfer coefficients by measurement of the concentration and the temperature of each position in the absorber, the entrance was found to be more effective in enhancing mass and heat transfer.
Minimization of hemolysis is one of the key factors for successful axial flow blood pumps. It is, however, difficult to estimate the hemolytic performance of axial flow blood pumps without experiments. Instead, the Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis enables the prediction of hemolysis. Three-dimensional fluid dynamics of axial flow pumps with different impellers were analyzed using the CFD software, FLOTRAN. The turbulence model k-$\varepsilon$ was used. The changes in turbulent kinetic energy applied to each particle (red blood cell) flowing through the pumps were computed and displayed by the particle trace method (particle spacing of 10 msec). Also, the Reynolds shear stress was calculated from the turbulent kinetic energy. The shear stress was higher behind the impellers than elsewhere. The CFD analysis could predict in vitro results of hemolysis and also the areas where hemolysis occurred. The CFD analysis was found to be a useful tool for designing less hemolytic rotary blood pumps.
Ha, Chung-Woo;Lee, Jai-Ki;Moon, Philip S.;Yook, Chong-Chul
Journal of Radiation Protection and Research
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v.4
no.1
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pp.5-13
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1979
A simple method for determining the airborne concentration of radon daughter products has been developed, which is based on gross alpha counting of the air filter collections at several time intervals after completion of air sampling. The concentration of each nuclide is then obtained from an equation involving the alpha disintegrations, the sampling time, and the known numerical coefficients. The state of radioactive disequilibrium is also investigated. The atmosphere sampled in the TRIGA Mark-III reactor room was largely in disequilibrium. The extent of radioactive disequilibrium between radon daughter products seems likely depend on sampling times associated with turbulence conditions. The data obtained here will certainly provide useful information on the evaluation of internal exposure and calibration of effluent monitoring instruments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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