Diese Arbeit wurde unterstützt durch die National Research Foundation von Korea (NRF) Zuschuss gefördert durch die Regierung von Korea (MSIP: Ministerium für Wissenschaft, ICT und Zukunft planen) (No. NRF-2016M2B2A9911771).

1. Versuchsdurchführung 4 , 5 , 6 <ol><li>Vorbereitung Schritt <ol><li>prüfen die Versuchsanlage. Basierend auf der Testmatrix, überprüfen Sie Matrix Test Testbedingungen, z. B. LOCA Größe SBL Größe, Siphon Schaltgerätetypen und das Vorhandensein von Blende vor dem Experiment. Auch Test, um zu bestätigen, dass die Besetzungen und Komponenten der Anlage ohne Daten Lärm oder Störungen funktionieren.</li>
		<li>Füllen Sie den oberen Tank mit Wasser und die Rückförderpumpe in den unteren Tank installiert.</li>
		<li>Entfernen Sie die restliche Luft im Inneren der SBL. Verwenden Sie eine Vakuumpumpe und Sperrkammer entfernen die Restluft aus SBL.</li>
		<li>Kontrollieren Sie den ursprünglichen Wasserstand des oberen Tanks. Verwenden Sie das Lineal an den Tank befestigt.</li>
	</ol></li> <li>Testschritts <ol><li>Öffnen Sie das Ventil am Ende des Rohrsystems.</li>
		<li>Mit Datenerfassungssystem im Kontrollraum, die gemessenen Daten wie Wasserstand, Durchfluss und Druck ändert, während das Siphon brechen Phänomen überprüfen. Es gibt keinen Abfluss des Kühlmittels, endet das erste Experiment. Schließlich nehmen die experimentellen Ergebnisse mit den gegebenen Testbedingungen.</li>
	</ol></li> <li>Testvariablen (SBL Größe, LOCA Größe Öffnung Präsenz und LOCA Position) wie folgt zu ändern.
	<ol><li>Änderung der SBL Größe sukzessive um 2, 2,5, 3, 4, 5 und 6 im; gegebenen SBL ist angeschlossen an die Hauptleitung von einem gemeinsamen Flansch an Position 2 in Abbildung 2. 
		Hinweis: Der experimentellen Variablen, z. B. SBL Größe, LOCA Größe und das Vorhandensein von Blende, sind mit dem Flansch-Gelenk mit Schrauben und Muttern verändert. Daher werden diese Prozesse manuell durchgeführt.</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.1.1 - 1.2.2 bis alle SBL Größen Experimente durchgeführt werden.</li>
		<li>Mit LOCA in Stellung 1, Baugröße LOCA nacheinander, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 Zoll; gegebene Reducer ist angeschlossen an die Hauptleitung von einem gemeinsamen Flansch an Position 3 in Abbildung 2.</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 1.1.1 - 1.3.2 bis alle LOCA Größen Experimente durchgeführt werden.</li>
		<li>Installation der Blende (oder entfernen Sie die Blende) an die Hauptleitung durch ein Flansch-Gelenk an der Unterseite des oberen Tanks angeschlossen. 
		Hinweis: Experimente des vorherigen Schrittes wurden mit der Abwesenheit (oder Anwesenheit) von der Öffnung durchgeführt. Daher sollte die Öffnung installiert (für nächstes Experiment oder entfernt werden).
		<ol><li>Um diese Arbeit zu tun, stellen Sie sicher, dass kein in den oberen Behälter Wasser.</li>
		</ol></li> <li>Wiederholen Sie die Schritte 1.1.1 - 1.3.4. Bestätigen die Wirkung der SBL und LOCA Größe unter das Vorhandensein (oder fehlen) Öffnung, wiederholen Sie den vorherigen Schritt.</li>
		<li>Ändern die LOCA auf Position 2, die Experimente des vorherigen Schrittes mit LOCA Position 1 stattgefunden haben. Ändern Sie die Position von LOCA für nächstes Experiment. 
		Hinweis: In der experimentelle Aufbau sind zwei LOCA-Positionen aufgebaut. Jedes LOCA-Rohr mit einem Absperrventil Schmetterling ist mit einem wesentlichen Rohrleitungssystem verbunden.
		<ol><li>Um die LOCA-Position ändern, Schmetterling Absperrventil an LOCA Position 1 schließen und öffnen Sie das Ventil an LOCA Position 2.</li>
		</ol></li> <li>Wiederholen Sie die Schritte 1.1.1 - 1.3.6.</li>
	</ol></li></ol> 2. Läuft das Simulationsprogramm <ol><li>Klicken Sie auf das Programmsymbol der Siphon-Breaker-Simulations-Programm ausführen. 
	Hinweis: Die Prozedur zeigt sich in ergänzenden Video 1. Wie gezeigt, bestehend aus das Einstiegsbild des Simulationsprogramms 4 Tasten (Show Parameter, Run, Handbuch und Ausfahrt). Wenn der Benutzer klickt die &#39; Parameter zeigen &#39; Schaltfläche, öffnet sich ein neues Befehlsfenster und freuen Sie sich auf die Liste der Parameter. Der Benutzer ist in der Lage zu ändern und bestätigen Sie die numerischen Werte der Variablen. Die &#39; laufen &#39; Taste führt die Berechnungen durch die Substitution der input-Parameter in den enthalten Formeln. Die &#39; Anleitung &#39; Taste ist für die Meldung der Nutzung und Programm-Version und die &#39; Ausfahrt &#39; Taste wird das Programm geschlossen. Die Ergebnisse werden angezeigt, der &#39; zeigen Ergebnisse &#39; Windows.</li>
	<li>Klicken Sie auf die &#34; Show Parameter &#34; Schaltfläche ".</li>
	<li>Ändern die input-Daten unter Berücksichtigung der gegebenen Simulationsbedingungen.</li>
	<li>Klicken Sie auf die &#34; laufen &#34; Schaltfläche ".</li>
	<li>Überprüfen Sie die Wasserstand Graph Form der &#39; zeigen Ergebnisse &#39; Fenster. Das Programm organisiert die Ergebniswerte mit der Zeit und das Diagramm automatisch Grundstücke.
	<ol><li>Durch die Form des Diagramms, visuell bestätigen die Möglichkeit der Siphon brechen; wenn der Wasserstand oder Unterschreitung Höhe den gleichen Wert konsequent bis zum Ende, Siphon brechen unter den gegebenen Bedingungen möglich ist. Siehe Abbildung 3.</li>
	</ol></li> <li>Check-andere Ausgänge in den &#39; zeigen Ergebnisse &#39; Fenster. Beachten Sie, dass es acht Optionen (Wasserstand, Abmilderung Höhe, Druck, Wasser-Geschwindigkeit, Luftgeschwindigkeit, zweiphasigen Gemisch Geschwindigkeit, Menge und Reibung), die Ausgabe zu überprüfen. Wählen Sie den Diagrammtyp, indem Sie das entsprechende Kontrollkästchen. 
	Hinweis: Es ist leicht, das Siphon brechen Phänomen auf einen Blick zu erfassen, weil die Änderung der einzelnen Werte mit der Zeit durch das Diagramm gesehen werden kann.</li>
	<li>Bestätigen den speziellen Wert der Ausgabe je nach Jahreszeit mit einem Klick die &#34; berechnen in bestimmten Zeit &#34; Taste. Geben Sie die gewünschte Zeit und überprüfen Sie die Ergebnisse nach der eingestellten Zeit.</li>
	<li>Speichern alle Simulationsdaten Ergebnis durch Klicken auf die &#34; sichern Sie die Daten &#34; Schaltfläche ". 
	Hinweis: Die Ergebnisse werden in Form von Text-Datei gespeichert, und simulierte Bedingungen zusammen gespeichert werden.</li>
</ol>

<ol>
	<li>McDonald, J., Marten, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Siphon Break as a Blocking Valve. , (1958).</li><li>. Siphon Breaker Design Requirements 12. Experimental and Analytical Study Available from: <a target="_blank" href="https://www.osti.gov/scitech/biblio/6623426">https://www.osti.gov/scitech/biblio/6623426</a> (1993)</li><li>Sakurai, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=JAERI-Research+99-016.">JAERI-Research 99-016.</a> Study for Improvements of Performance of the Test and Research Reactors. , (1999).</li><li>Kang, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Final Report of Experimental Studies on Siphon Breaker. , (2011).</li><li>Kang, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimental Study of Siphon breaker. , (2013).</li><li>Kang, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Siphon Breaker Design on Research Reactor with Real-Scale Experiment. , (2015).</li><li>Fossa, M., Guglielmini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+Drop+and+Void+Fraction+Profiles+during+Horizontal+Flow+through+Thin+and+Thick+Orifices.">Pressure Drop and Void Fraction Profiles during Horizontal Flow through Thin and Thick Orifices.</a> Exp. Thermal Fluid Sci. 26, 513-523 (2002).</li><li>Lee, K. Y., Kim, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+siphon+breaker+simulation+program+for+investing+loss+of+coolant+accident+of+a+research+reactor.">Development of siphon breaker simulation program for investing loss of coolant accident of a research reactor.</a> Ann. Nucl. Energy. 101, 49-57 (2017).</li><li>Lee, K. Y., Kim, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+Study+on+Loss+of+Coolant+Accident+of+a+Research+Reactor.">Theoretical Study on Loss of Coolant Accident of a Research Reactor.</a> Nucl. Eng. Des. 309, 151-160 (2016).</li><li>Lee, K. Y., Seo, K. W., Chi, D. Y., Yoon, J. H., Kang, S. H., Kim, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+analytical+studies+on+the+siphon+breakers+in+research+reactor.">Experimental and analytical studies on the siphon breakers in research reactor.</a> European Research Reactor Conference. , 18-22 (2012).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Ein Siphon-Breaker ist ein passiv betrieben Sicherheitsvorrichtung verwendet, um den Verlust des Kühlmittels zu verhindern, wenn ein Rohr Bruch Unfall ereignet. Allerdings ist es schwierig, für zeitgenössische Forschungsreaktoren gelten, da gibt es kein Experiment für die Real-Skala Forschungsreaktoren. Aus diesem Grund wurde das Real-Skala-Experiment von POSTECH und KAERI durchgeführt. Der Zweck des Versuchs war zu bestätigen, dass der Siphon Bruch in der Real-Maßstab Größe möglich ist, und identifizieren Faktoren, die beeinflussen brechen Siphon. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die LOCA und SBL Größe die wichtigsten wurden Inflationsbericht beeinflussenden Variablen.
Die Berechnung des Siphons brechen ist übermäßig komplex, da gibt es viele Parameter, die berücksichtigt werden müssen. Frühere Studien haben ein zufriedenstellendes theoretisches Modell für Siphon brechen nicht vorgestellt. Aus diesem Grund wurde ein theoretisches Modell, das das eigentliche Siphon brechen Phänomen analysieren könnte aus der Real-Skala Siphon Breaker Testergebnisse gegründet. Das theoretische Modell basierte auf Strömungsmechanik und Chisholm Modell für Zweiphasenströmungen. Aus der Bernoulli Gleichungen konnten die Strömungsgeschwindigkeit abgeleitet werden. Darüber hinaus konnten andere wichtigen Variablen, z. B. Volumenstrom, Wasserstand und Abmilderung Höhe, aus dem theoretischen Modell unter Berücksichtigung Zweiphasenströmung berechnet werden.
Als nächstes wurde ein Simulationsprogramm basierend auf dem theoretischen Modell entwickelt. Wenn die Simulationsergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen verglichen wurden, zeigte sich, dass das theoretische Modell der realen Siphon brechen Phänomen analysieren konnte. Die Simulationsergebnisse können als Grundlage für die Beurteilung der Sicherheit des Forschungsreaktors gegen Rohr Bruch Unfall verwendet werden, und das Programm für die Gestaltung der Siphon Leistungsschalter verwendet werden kann.
Jedoch wurden die neu entwickelten theoretischen Modell und Simulationsprogramm nur aus dem Real-Skala-Experiment mit einem 16 in der Hauptleitung Größe entwickelt. Überprüfen Sie die Anwendbarkeit des Simulationsprogramms auf verschiedenen Skalen, bereiten wir eine neue Versuchsanlage für kleinen Siphon Breaker Tests durch Miniaturisierung der früheren Real-Skala-Versuchsanlage. Eine Vielzahl der C-Faktor und Chisholm Koeffizient B, einschließlich der vorhandenen Experiments werden berücksichtigt.

Die Anzahl der Reaktoren mit Plattentyp Brennstoff, wie Jordan Forschungs- und Training Reaktor (JRTR) und KiJang Forschung Reaktor (KJRR) hat vor kurzem erhöht. Um den Plattentyp Kraftstoff leicht zu verbinden, erfordert der Forschungsreaktor ein Kern absinken. Da Forschungsreaktoren net positiven Saugkopf des primären Kühlsystems benötigen, konnte einige Kühlung System-Komponenten möglicherweise unter dem Reaktor installiert werden. Allerdings tritt Rohr Bruch im primären Kühlkreislauf unter dem Reaktor, bewirkt der Siphon kontinuierliche Entwässerung des Kühlmittels, die in der Ausstellung des Reaktors in die Luft führen können. Dies bedeutet, dass die Restwärme entfernt werden kann, was zu schweren Unfällen führen könnte. Daher ist eine Sicherheitseinrichtung, die einen schweren Unfall verhindern kann bei einem Verlust des Kühlmittels Unfall (LOCA) notwendig. Ein Siphon-Breaker ist solch eine Sicherheitseinrichtung. Es kann effektiv Ableitung von Wasser verhindern, mit einem Wassereinbruch Luft. Das gesamte System nennt man den Siphon System kaputt.
Mehrere Studien zur Verbesserung der Reaktorsicherheit Forschung wurden durchgeführt. McDonald und Marder1 durchgeführt, ein Experiment um die Leistung von einem Siphon brechen Ventil als ein aktiv Breaker bestätigen. Neill und Stephens2 durchgeführt, ein Experiment mit einem Siphon-Schutzschalter als passiv betriebenen Gerät in einem kleinen Rohr. Sakurai3 vorgeschlagen ein analytisches Modell zur Analyse des Siphons brechen, wo eine vollständig getrennte Luft-Wasser-Flow-Modell angewandt wurde.
Siphon zu brechen ist äußerst komplex, da gibt es viele Parameter, die berücksichtigt werden müssen. Außerdem, weil die Experimente für Real-Skala Forschungsreaktoren nicht durchgeführt worden sind, ist es schwierig, frühere Studien für zeitgenössische Forschungsreaktoren gelten. Frühere Studien haben daher nicht zufriedenstellendes theoretischen Modell für Siphon brechen vorgestellt. Aus diesem Grund wurde eine Real-Skala-Experiment durchgeführt, um ein theoretisches Modell zu etablieren.
Um die Wirkung der Siphon Leistungsschalter auf einen Forschungsreaktor zu untersuchen, wurden von Pohang Universität der Wissenschaft und Technologie (POSTECH) und Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)4,5 Real angelegte Überprüfung Experimente durchgeführt. ,6. Abbildung 1 ist die eigentliche Anlage für den Siphon-Breaker-Experiment. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung der Anlage und freuen Sie sich auf die Anlage-Marke.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig1.jpg"> 
Abbildung 1: Anlage für den Siphon brechen Demo-Experiment. Die Hauptleitung Größe ist 16 Zoll und eine Acryl-Fenster zur Beobachtung installiert ist. Die Öffnung ist ein Gerät bereit, den Druckabfall zu beschreiben. Daher ist ein Montageteil Öffnung an der Unterseite des oberen Tanks. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig2.jpg"> 
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Versuchsanlage. Die Lage der Messpunkte wird vorgestellt. Die Zahlen geben diese relevanten Standorten; Punkt, 0 bedeutet den Eingang der Siphon Leistungsschalter, Punkt 1 der Wasserstand bedeutet, Punkt 2 den angeschlossenen Teil den Siphon-Schutzschalter und die Hauptleitung bedeutet und Punkt 3 der LOCA bedeutet positionieren. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Siphon-Breaker-Versuchsanlage besteht aus einem oberen Tank, ein unterer Tank, ein Rohrleitungssystem und eine Rückförderpumpe. Die Kapazität des oberen Tanks ist 57,6 m3. Im unteren Bereich und die Tiefe sind 14,4 m2 (4 m x 3,6 m) und 4 m. Die unteren Tank und LOCA Position befinden sich 8,3 m unterhalb der oberen Tank. Die Kapazität des unteren Behälters beträgt 70 m3. Untere Tank wird verwendet, um das Wasser während des Experiments zu speichern. Untere Tank ist die Rückförderpumpe verbunden. Das Wasser in den unteren Tank wird in den oberen Behälter gepumpt. Die Hauptleitung Größe des Rohrsystems ist in 16. Das Ende der Siphon Breaker Line (SBL) befindet sich 11,6 m hoch über das untere Rohr Bruch Punkt. Darüber hinaus sind Acryl Windows auf das Rohr für die Visualisierung, installiert, wie in Abbildung 1dargestellt.
Mehrere Geräte wurden installiert, um die körperlichen Signale zu messen. Zwei absolute Druckaufnehmer (APTs) und drei Differenzdruck-Sensoren (Standardrichtlinientags) dienten. Um den Massenstrom von Wasser zu messen, wurde ein Ultraschall Durchflussmesser verwendet. Ein Datenerfassungssystem wurde verwendet, um alle Messdaten bei 250 ms Zeitintervalle erhalten. Neben der Ausrüstung für die Messung zur Beobachtung wurden Kameras installiert und ein Lineal hing an der Innenwand des oberen Tanks, um den Wasserstand überprüfen.
Verschiedenen LOCA und Siphon Breaker (SB) Größen, Siphon Schaltgerätetypen (Linie/Loch) und das Vorhandensein der Öffnung bezüglich Brennstoff und dem Rohr Bruch Punkt galten im Experiment. Um zu überprüfen, die Wirkung von LOCA und SBL Größe, verschiedene Größen von LOCA und SBL dienten. Die LOCA Größen reichte von 6 bis 16 und die SBL-Größen reichten von 2 bis 6 in. Im Experiment Linien- und Loch Typ Siphon Hämmer wurden verwendet, aber der folgende Inhalt dieser Studie berücksichtigt nur die SBL-Typ in der JRTR und KJRR verwendet. Als Beispiel von Versuchsergebnissen ist Abbildung 3 ein Diagramm, das die Druck und Wasser fließen Daten enthält. Das Experiment wurde durchgeführt am 4. Oktober 2013 und die experimentellen Daten Probe ist LN23 (Line Typ SB, keine Öffnung 12 in LOCA, 2,5 im SBL).
Aus den Versuchsdaten entstand das theoretische Modell, das den Siphon brechen Phänomen vorhersagen kann. Das theoretische Modell beginnt mit der Bernoulli-Gleichung. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ergibt sich aus der Bernoulli-Gleichung und der Volumenstrom durch die Multiplikation der Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch den Rohr-Bereich erzielt werden. Darüber hinaus kann der Wasserstand mit der Volumenstrom erhalten werden. Das Grundkonzept des theoretischen Modells ist als oben. Jedoch da der Siphon Phänomen zu brechen eine Zweiphasenströmung ist, gibt es weitere Punkte zu beachten. Um eine Zweiphasenströmung Analysemodell zu berücksichtigen, wurde eine Genauigkeit Überprüfungstest durchgeführt. Da das Chisholm Modell genauer als ein homogenes Modell war, wird das Chisholm-Modell verwendet, um das Phänomen zu analysieren. Nach dem Chisholm-Modell wird die zwei-Phasen-Multiplikator Formel Gleichung 17ausgedrückt. In dieser Gleichung ф stellt des Zweiphasen-Multiplikators, ρ ist Dichte und X steht für Qualität.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq1.jpg">(1)
p Class = "Jove_content" > In the Chisholm Modell, ein Koeffizient B, die mit Massenstrom variiert wurde aufgenommen. Letztlich ist die Ableitung einer Korrelation Formel zwischen Chisholm Koeffizient B Geschäftsbedingungen Reaktor Design ein wichtiger Punkt des theoretischen Modells. Das heißt, war ein weiterer Zweck des Versuchs zum Abrufen von Daten um die Beziehung zwischen den konstruktiven Gegebenheiten und Chisholm Koeffizient B. Aus den Testergebnissen wurde eine Korrelation Formel zwischen den konstruktiven Gegebenheiten und Chisholm Koeffizient B gegründet. Das daraus resultierende theoretische Modell wurde entwickelt, um den Siphon brechen Phänomen gut vorherzusagen.
Darüber hinaus wurde ein Simulationsprogramm mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) entwickelt. Durch den Übergang der Absolutdruck Daten in Abbildung 3, das Phänomen kann in drei Stadien unterteilt werden: den Verlust von Kühlmittel (einphasige Strömung), Siphon brechen (Zweiphasenströmung) und Steady-State. Daher umfasst die Hauptberechnung des Algorithmus einen dreistufigen Prozess, die drei Stufen der reale Erscheinung entspricht. Einschließlich der Ablauf der Berechnung ist der gesamte Algorithmus zu beschreiben, der Simulationsprozess in Abbildung 48dargestellt.
Mit der Software (siehe ergänzende Video 1) um die Simulation zu starten, der Benutzer gibt die Eingabeparameter, die konstruktiven Gegebenheiten entspricht und die input-Parameter werden als Festwerte gespeichert. Wenn der Benutzer mit der Simulation nach der Eingabe der Parameter erfolgt, führt das Programm die erste Schritt-Berechnung. Der erste Schritt ist die einphasigen Berechnung, die die Berechnung für den Verlust von Kühlmittel durch den Siphon-Effekt nach dem Rohr Bruch ist. Die Variablen werden automatisch berechnet, indem das theoretische Modell (wie Bernoulli Gleichung, Massenstrom Erhaltung, etc.), und die Berechnung erfolgt aus der Parameter-Eingabe durch den Benutzer. Die Berechnungsergebnisse werden nacheinander im Speicher Computers nach Zeiteinheit bestimmt durch den Benutzer gespeichert.
Wenn der Wasserstand Tropfen unten 0-Stellung, bedeutet dies, dass die einphasige Strömung endet, weil Luft beginnt, in diesem Moment in der SBL stürzen. Daher verläuft der erste Schritt für die einzelnen Phasen-Strömung, bis der Wasserstand Stellung 0 erreicht. Wenn der Wasserstand an Position 0 ist, bedeutet dies, dass die undershooting Höhe Null ist. Die undershooting Höhe ist der Höhenunterschied zwischen dem Eingang der SBL und den oberen Tank Wasserstand nach dem Siphon brechen. Das heißt, zeigt Inflationsbericht Höhe wieviel der Wasserstand in den Siphon brechen abgenommen. Daher ist die undershooting Höhe ein wichtiger Parameter, weil es die direkte Bestimmung der Menge der Kühlmittelverlust erlauben würde. Daher bestimmt das Programm am Ende der ersten Schritt Berechnung nach der undershooting Höhe.
Wenn die undershooting Höhe größer als Null ist, führt das Programm eine zweite Schritt Berechnung, die Zweiphasenströmung simulieren kann. Weil Wasser und den Luftstrom in den Siphon brechen Bühne vorhanden sind, müssen die physikalischen Eigenschaften der beiden Flüssigkeiten berücksichtigt werden. Daher gelten die Werte der zwei-Phasen-Multiplikator, Qualität und nichtig Bruchteil dieser Berechnungsschritt. Speziell, wird der leere Bruchteil Wert verwendet, als Kriterium der zweite Schritt Berechnung endet. Die leere Bruchteil kann als das Verhältnis der Luftmenge, die Summe von Luft und Wasser fließt ausgedrückt werden. Der zweite Schritt-Berechnung wird fortgesetzt, bis die leere Bruchteil (α) Wert über 0,9 liegt. Wenn α über 0,9 ist, geht die dritte Schritt-Berechnung die Steady-State beschreibt. Theoretisch ist die Ende Kriterium für Siphon brechen α = 1, da nur Luft in der Leitung zu diesem Zeitpunkt existiert. In diesem Programm ist jedoch die Ende Kriterien für Siphon brechen α = 0,9 um einen Fehler in der Berechnungsprozess zu vermeiden. Daher kann ein teilweiser Verlust der Ergebnisse ist unvermeidlich, dieser Fehler jedoch vernachlässigbar.
Steady-State-Berechnung erfolgt in der Zeit vom Benutzer festgelegt. Weil es keine weitere Veränderung, zeichnet die Steady-State, dass die Berechnung-Ergebnis-Werte immer konstant sind. Wenn Siphon brechen erfolgreich ist, bleibt die endgültige Höhe des Wassers in den oberen Behälter auf einen bestimmten Wert nicht Null. Jedoch wenn das Siphon brechen nicht erfolgreich ausgeführt wird, das Kühlmittel werden fast verloren, und die letzte Stufe des Wassers nähert sich Null Wert. Daher, wenn der Wasserstand-Wert gleich Null im Steady-State ist, bedeutet dies, dass die gegebenen Bedingungen nicht ausreichend Siphon brechen abgeschlossen sind.
Nach der Berechnung kann der Benutzer die Ergebnisse auf verschiedene Weise bestätigen. Die Ergebnisse zeigen den Status der Siphon brechen, brechen, Fortschritt und Singularität Siphon. Das Simulationsprogramm kann vorhersagen und realistisch, das Phänomen zu analysieren und helfen bei der Gestaltung des Systems der Siphon-Breaker. Dabei präsentieren wir Papier, das Experiment Protokoll, Ergebnisse des Experiments und Anwendung des Simulationsprogramms.

<table><tbody><tr><td>Absolute pressure transducer</td><td>Sensor Technics</td><td>CTE9000</td><td>0.05% full-scale error</td></tr><tr><td>Differential pressure transducer</td><td>Setra</td><td>C230</td><td>0.25% full-scale error</td></tr><tr><td>Ultrasonic flow meter</td><td>Tokyo Keiki</td><td>UFP-20</td><td>Resolution 0.01m^3/h</td></tr><tr><td>Visual Studio 2012</td><td>Microsoft</td><td>Windows 8</td><td>Microsoft Foundation Class</td></tr><tr><td>E.R.W. steel pipe</td><td>Hyundai Hysco</td><td>KS D 3507(SPP)</td><td>400A(out dia.) x 7.9mm(thickness)</td></tr></tbody></table>

study of siphon breaker experiment and simulation for a research reactor

Unter Auslegungsbedingungen ein Forschungsreaktor kann der Siphon Phänomen induziert durch Rohr Bruch kontinuierlicher Abfluss von Wasser führen. Um diese Abwanderung zu verhindern, ist ein Steuergerät erforderlich. Ein Siphon-Breaker ist eine Art von Sicherheitsvorrichtung, die genutzt werden kann, um den Verlust von Kältemittel Wasser effektiv steuern.
Um die Eigenschaften der Siphon brechen zu analysieren, wurde eine Real-Skala-Experiment durchgeführt. Aus den Ergebnissen des Experiments wurde festgestellt, dass es gibt mehrere Designfaktoren, die beeinflussen den Siphon Phänomen zu brechen. Daher gibt es eine Notwendigkeit, ein theoretisches Modell zur Vorhersage und Analyse des Siphons brechen Phänomen unter verschiedenen Bedingungen zu entwickeln. Mit den experimentellen Daten, war es möglich, ein theoretisches Modell zu formulieren, das den Fortschritt und das Ergebnis des Siphons brechen Phänomen genau vorhersagt. Die etablierten theoretischen Modell basiert auf Strömungsmechanik und beinhaltet das Chisholm Modell zur Analyse der Zweiphasenströmung. Aus Bernoulli Gleichung, die Geschwindigkeit, Menge könnte Abmilderung Höhe, Wasserstand, Druck, Reibwert und Faktoren im Zusammenhang mit der Zweiphasenströmung erhalten oder berechnet werden. Darüber hinaus entwickelte sich um das Modell in dieser Studie festgestellt zu nutzen, eine Siphon Breaker-Analyse und Design-Programm. Das Simulationsprogramm arbeitet auf der Grundlage von theoretischen Modell und gibt das Ergebnis als Grafik. Der Benutzer kann die Möglichkeit des Siphons brechen durch die Form des Diagramms überprüfen bestätigen. Darüber hinaus speichern der gesamten Simulationsergebnis ist möglich und es kann als eine Ressource für die Analyse des realen Siphons Bremssystem verwendet werden.
Zusammenfassend kann der Benutzer den Status der Siphon brechen und des Designs der Siphon Breaker-System mit dem Programm entwickelt, in dieser Studie bestätigen.

Der gesamte Prozess der Siphon brechen besteht aus drei Phasen. Die erste Stufe ist der Abfluss des Kühlmittels durch den Siphon-Effekt. Die zweite Stufe ist der Startvorgang des Einströmen von Luft durch die SBL, den Verlust des Kühlmittels, genannt Siphon brechen zu blockieren. Der Siphon brechen Phänomen sehen als einen starken Anstieg der absoluten Druck in Abbildung 3. Nachdem der Absolutdruck rapide zunimmt, ist es aufgrund des Rückgangs der Wasserstand allmählich reduziert. Am Ende der Siphon brechen, da einige restliche Wasser fließt zurück in den oberen Tank erhöht den absoluten Druck wieder. Wenn der Siphon brechen abgeschlossen ist, gibt es keine weiteren Austritt von Kühlmittel und diesen Zustand nennt man "Steady State". Denn es keine Zustandsänderung gibt, wird auch der absolute Druck konstant gehalten. Die Durchflussmenge, die auf einem hohen Wert in der ersten Phase beibehalten wurde, allmählich als der Siphon beginnt zu brechen. Wenn der Siphon zu brechen ist ist erfolgreich abgeschlossen, das Kühlmittel austreten allmählich reduziert und nicht mehr wie im Video 1gezeigt. Der Differenzdruck in Abbildung 3 zeigte eine Tendenz nach dem Start des Brotbrechens Siphon kontinuierlich steigern.
Tritt der Rohr-Bruch in Ermangelung der Siphon-Breaker, wird das Kühlmittel durch Siphon-Effekt auslaufen. Video 2 (XN; Abwesenheit der Siphon Leistungsschalter) zeigt das Experiment, das das Fehlen der Siphon Leistungsschalter beschreibt. Auf der anderen Seite zeigen Video 3 (LN; Linie Art Siphon Breaker) und Video 4 (HN; Loch Typ Siphon Breaker), dass die Siphon Breaker wirksam verhindert, den Verlust des Kühlmittels dass. In beiden Fällen wird bestätigt, dass das Kühlmittel nicht unterhalb eines bestimmten Niveaus der Wasser entweicht. Folglich zeigte die Experimente, dass die Siphon Breaker eine tragfähige Gerät Verlust des Kühlmittels zu verhindern werden kann.
Aus den experimentellen Ergebnissen war es darüber hinaus möglich, das Verhältnis zwischen den Chisholm Koeffizienten und die konstruktiven Gegebenheiten zu definieren. Zunächst um den experimentellen Bedingungen Rechnung zu tragen wurde der Prozess der Feinabstimmung des Druck Verlust Koeffizienten durchgeführt. Nach der Einstellung der Druck Verlust Koeffizient wurde Chisholm Koeffizient B durch Versuch und Irrtum Methode abgeleitet. Da der Massenstrom von Luft und Wasser bei den Wert des Chisholm Koeffizienten B berücksichtigt werden sollten, galt als Kriterium für den Massenstrom quantitativ zu bewerten. Dieses Kriterium wurde abgeleitet, indem ein Air Flow Rate Faktor und den Massenstrom von Wasser. Das Kriterium der C-Faktor genannt wird zur Bestimmung der Relation mit Chisholm Koeffizient B. Die vorgeschlagene Formel der C-Faktor ergibt sich aus Gleichung 2 und der Air Flow Rate Faktor ergibt sich aus Gleichung 39,10. In den folgenden Formeln ρ ist Dichte und K02 stellt der Druck Verlust Koeffizient zwischen 0 und Position 2. Da die Dichte und die Ziffer "2" in Gleichung 3 konstant sind, können sie beseitigt werden. Daher ist die vereinfachte Air Flow Rate Faktor der F-Faktor in Gleichung 2bezeichnet. Der Massenstrom von Wasser sollte auch bewertet werden; Es erhöht als LOCA Größe erhöht, aber das Gebiet erhöht auch gleichzeitig. Daher gliedert sich der Massenstrom mit verschiedenen LOCA-Größe durch die Gegend um den Massenstrom pro Flächeneinheit zu erhalten. Hier wird der Massenstrom-Wert berechnet, kurz bevor die Luft in das Rohr gelangt.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq2.jpg">(2)
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq3.jpg">(3)
Um die Beziehung zwischen dem Chisholm Koeffizient B und C-Faktor zu finden, wurde eine Regressionsanalyse verwendet. Infolgedessen könnte zwei Arten von Korrelation Formeln (Exponential und quadratische Funktion) abgeleitet werden und R-2 -Werte waren 0.93 (Exponentialfunktion) und 0,97 (quadratische Funktion). Jede Funktion wird als Gleichung 4 und 5 der Gleichung9gegeben. Gleichung 4 war in der Lage, gut für relativ umfangreich LOCA, z. B. 12 und 16 in LOCA Größen vorherzusagen. Auf der anderen Seite konnte die Gleichung 5 gut für relativ kleine Größen von LOCA, z. B. in 8 und 10 in LOCA Größen vorherzusagen. Infolgedessen die Exponentialfunktion wird verwendet, um Vorhersagen für eine relativ große Größe von LOCA größer als 11 in, und die quadratische Funktion dient, die kleiner als 11.
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq4.jpg">(4)
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq5.jpg">(5)
Ist die Einrichtung des theoretischen Modells sinnvoll, dass die Vorhersage des Siphons brechen Phänomen möglich ist, die Bedingungen der Chisholm Koeffizient B ableiten. Daher wäre die Entwicklung von einem Simulationsprogramm umfasst das theoretische Modell für die Analyse des Phänomens und Gestaltung der Siphon Breaker hilfreich.
Das Diagramm vergleicht die Simulation und experimentelle Ergebnisse ist in Abbildung 5dargestellt. In Anbetracht der Grafik konnte das Simulationsprogramm aus dem Real-Skala-Experiment erzielten Ergebnisse Vorhersagen. Nicht nur die undershooting Höhe Ergebnisse, sondern auch der Förderdaten erfragt das Simulationsprogramm zeigen Muster ähnlich denen, die experimentell. Abbildung 6 ist der Flow Rate Graph im Vergleich zu den Zeitaufwand für LOCA Größen von 12 und 16. Es gibt jedoch einige Unterschiede zu Beginn zwischen Experiment und Simulation. In der Tat, die experimentelle Flow Rate Bewertung in der Anfangsphase stützte sich auf die Visualisierung video und die Förderdaten Rate des Experiments erhielt durch die Berechnung der niedrigeren Wasserstand für 5 s. Diese Methode wurde eine alternative Möglichkeit, weil der Ultraschall Durchflussmesser die Durchflussmenge nicht genau messen konnte, bevor der Fluss voll entwickelt. Der Unterschied zwischen Experiment und Simulation Ergebnissen scheint an diesem Punkt liegen. Abgesehen von der Anfangsphase der simulierten Durchfluss war ähnlich wie die Erfahrungswerte und das Programm den Trend nach LOCA Größe genau vorhergesagt.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig3.jpg"> 
Abbildung 3. Versuchsergebnis. Die gemessenen Variablen gehören Wasserstand, Abmilderung Höhe, Druck und Durchfluss. Zu den Ergebnissen sind Druck und Durchfluss Tarifdaten vorgestellt. Betrachtet man die Veränderung des Drucks ist das Phänomen weitgehend in drei Abschnitte unterteilt; Verlust von Kühlflüssigkeit, Siphon brechen und Steady-State. Der Drucke, die Änderungen in den Verlust von Kühlmittel Abschnitt etwas geändert wird, steigt in den Siphon Abschnitt zu brechen. Außerdem ändert sich der Druck nicht im Steady-State. Außerdem ist erkennbar, dass der Durchfluss durch das Siphon brechen allmählich abnimmt. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig4.jpg"> 
Abbildung 4. Algorithmus des Simulationsprogramms. Der Algorithmus wurde entwickelt, um die theoretische Modell9gelten. Um die reale Erscheinung zu reflektieren, bestand der Hauptberechnung Prozess des Algorithmus aus drei Stufen. Wenn die input-Parameter, die die konstruktiven Gegebenheiten widerspiegeln gegeben sind, ist jede Stufe für den bestimmten Kriterien automatisch berechnet. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig5.jpg"> 
Abbildung 5. Einschätzung der Gültigkeit. Um die Genauigkeit der Simulationsergebnisse zu bewerten, wird das Verkehrsvolumen Höhe mit der Testergebnisse verglichen. Simulation erwies sich die Versuche einigermaßen übereinstimmen. Das heißt, hat das Simulationsprogramm eine gute Leistung für die Analyse der Siphon brechen. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig6.jpg"> 
Abbildung 6. Flow Rate Graph. Die simulierte (Sim) Fördermenge war ähnlich wie die Erfahrungswerte (Exp). Da die Simulation der Durchflussmengen Rate relativ genau berechnen kann, ähneln die simulierten Werte für Höhe und Wasserstand undershooting zu den experimentellen Werten. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Video 1" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov1.jpg"> 
Video 1. Erfolgreiche Siphon (LOCA) zu brechen. Dieses Video ist ein Experiment mit Siphon. Wenn die Drosselklappe an der LOCA Position geöffnet wird, wird das Kühlmittel austritt. Allerdings ist das Kühlmittel austreten allmählich reduziert und wegen der Siphon-Schalter eingestellt. Das heißt, zeigt dieses Video, dass dieser Siphon Breaker das Austreten von Kältemittel verhindern kann. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_1(LOCA).mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)</a>
<img alt="Video 2" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov2.jpg"> 
Video 2. Abwesenheit der Siphon Leistungsschalter (XN). In Ermangelung eines Siphon-Breaker, weiterhin das Kühlmittel heraus fließen, und schließlich wird der Wasserspiegel des oberen Tank Null. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_2(XN).mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)</a>
<img alt="Video 3" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov3.jpg"> 
Video 3. Linie Art Siphon Breaker (LN). Der Siphon-Schalter verhindert wirksam den Verlust des Kühlmittels. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_3(LN).mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)</a>
<img alt="Video 4" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov4.jpg"> 
Video 4. Loch Typ Siphon Breaker (HN). Der Siphon-Schalter verhindert wirksam den Verlust des Kühlmittels. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_4(HN).mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)</a>
<img alt="Video 5" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov5.jpg"> 
Ergänzende Video 1. Das Simulationsprogramm ausgeführt. Gelangen auf das Einstiegsbild des Simulationsprogramms besteht aus 4 Tasten (Show Parameter, Run, Handbuch und Ausfahrt). Klickt der Benutzer auf die Schaltfläche "Parameter Show", ein neues Befehlsfenster öffnet und freuen Sie sich auf die Liste der Parameter. Der Benutzer ist in der Lage zu ändern und bestätigen Sie die numerischen Werte der Variablen. Die Schaltfläche "Ausführen" führt die Berechnungen durch die Substitution der input-Parameter in den enthalten Formeln. "Manual" ist die Schaltfläche für die Meldung der Nutzung und Programm-Version, und "Exit" ist eine Taste, um das Programm zu schließen. Die Ergebnisse werden im Fenster "Ergebnisse anzeigen" angezeigt. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Sup_Video_1(Demonstration).mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)</a>

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Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Der Siphon brechen Phänomen wurde experimentell untersucht und ein theoretisches Modell vorgeschlagen. Ein Simulationsprogramm, basierend auf dem theoretischen Modell wurde entwickelt und die Ergebnisse des Simulationsprogramms wurden mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Es wurde festgestellt, dass die Ergebnisse des Simulationsprogramms die experimentellen Ergebnisse gut aufeinander abgestimmt.

Studium der Siphon Breaker Experiment und Simulation für einen Forschungsreaktor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

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Nanyang Technological University

Research

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Engineering

8.7K Aufrufe.  Handong Global University. Der Siphon brechen Phänomen wurde experimentell untersucht und ein theoretisches Modell vorgeschlagen. Ein Simulationsprogramm, basierend auf dem theoretischen Modell wurde entwickelt und die Ergebnisse des Simulationsprogramms wurden mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Es wurde festgestellt, dass die Ergebnisse des Simulationsprogramms die experimentellen Ergebnisse gut aufeinander abgestimmt.

Serie: Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Development of Sulfidogenic Sludge from Marine Sediments and Trichloroethylene Reduction in an Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor

The importance of microbial sulfate reduction relies on the various applications that it offers in environmental biotechnology. Engineered sulfate reduction is used in industrial wastewater treatment to remove large concentrations of sulfate along with the chemical oxygen demand (COD) and heavy metals. The most common approach to the process is with anaerobic bioreactors in which sulfidogenic sludge is obtained through adaptation of predominantly methanogenic granular sludge to sulfidogenesis. This process may take a long time and does not always eliminate the competition for substrate due to the presence of methanogens in the sludge. In this work, we propose a novel approach to obtain sulfidogenic sludge in which hydrothermal vents sediments are the original source of microorganisms. The microbial community developed in the presence of sulfate and volatile fatty acids is wide enough to sustain sulfate reduction over a long period of time without exhibiting inhibition due to sulfide. 
This protocol describes the procedure to generate the sludge from the sediments in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) type of reactor. Furthermore, the protocol presents the procedure to demonstrate the capability of the sludge to remove by reductive dechlorination a model of a highly toxic organic pollutant such as trichloroethylene (TCE). The protocol is divided in three stages: (1) the formation of the sludge and the determination of its sulfate reducing activity in the UASB, (2) the experiment to remove the TCE by the sludge, and (3) the identification of microorganisms in the sludge after the TCE reduction. Although in this case the sediments were taken from a site located in Mexico, the generation of a sulfidogenic sludge by using this procedure may work if a different source of sediments is taken since marine sediments are a natural pool of microorganisms that may be enriched in sulfate reducing bacteria.

Microbial sulfate reduction is a process of great importance in environmental biotechnology. The success of the sulfidogenic reactors depends among other factors on the microbial composition of the sludge. Here, we present a protocol to develop sulfidogenic sludge from hydrothermal vents sediments in a UASB reactor for reductive dechlorination purposes.

Entwicklung sulfidogenen Schlamm aus marinen Sedimenten und Trichlorethylen Reduction in einer Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor

The importance of microbial sulfate reduction relies on the various applications that it offers in environmental biotechnology. Engineered sulfate ...

Forschung

Umwelt

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment allows for testing of various proposed ocean / hydrothermal fluid chemistries that could have driven reactions toward the origin of life in environments on the early Earth, early Mars, or even other worlds such as the icy moons of the outer planets. We show experiments that include growth of chemical garden structures under anoxic conditions simulating the early Earth, inclusion of trace components of phosphates / organics in the injection solution to incorporate them into the structure, a switch of the injection solution to introduce a secondary precipitating anion, and the measurement of membrane potentials generated by chemical gardens. Using this method, self-assembling chemical garden structures were formed that mimic the natural chimneys precipitated at submarine hydrothermal springs, and these precipitates can be used successfully as flow-through reactors by feeding through multiple successive &#8220;hydrothermal&#8221; injections.

We describe chemical garden formation via injection experiments that allow for laboratory simulations of natural chemical garden systems that form at submarine hydrothermal vents.

Chemische Gardens als Durchflussreaktoren Simulation natürlicher Hydrothermale Systeme

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment ...

Chemie

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and Fukushima (Japan, 2011). Research on the causes, dynamics, and consequences of these mishaps has been performed in a few laboratories worldwide in the last three decades. Common goals of such research activities are: the prevention of these kinds of accidents, both in existing and potential new nuclear power plants; the minimization of their eventual consequences; and ultimately, a full understanding of the real risks connected with NPPs. At the European Commission Joint Research Centre&#39;s Institute for Transuranium Elements, a laser-heating and fast radiance spectro-pyrometry facility is used for the laboratory simulation, on a small scale, of NPP core meltdown, the most common type of severe accident (SA) that can occur in a nuclear reactor as a consequence of a failure of the cooling system. This simulation tool permits fast and effective high-temperature measurements on real nuclear materials, such as plutonium and minor actinide-containing fission fuel samples. In this respect, and in its capability to produce large amount of data concerning materials under extreme conditions, the current experimental approach is certainly unique. For current and future concepts of NPP, example results are presented on the melting behavior of some different types of nuclear fuels: uranium-plutonium oxides, carbides, and nitrides. Results on the high-temperature interaction of oxide fuels with containment materials are also briefly shown.

We present experiments in which real nuclear fuel, cladding, and containment materials are laser heated to temperatures beyond 3,000 K while their behavior is studied by radiance spectroscopy and thermal analysis. These experiments simulate, on a laboratory scale, the formation of a lava-phase following a nuclear reactor core meltdown.

Laser-Heizung und Ausstrahlung Spektrometrie für die Untersuchung von Kernmaterial in Bedingungen simulieren einen Atomkraftwerksunfall

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to visualize the behavior of petroleum samples under process conditions. The experimental setup relies on a custom-built micro-reactor fitted with a sapphire window at the bottom, which is placed over the objective of an inverted microscope equipped with a cross-polarizer module. Using reflection microscopy enables the visualization of opaque samples, such as petroleum vacuum residues, or asphaltenes. The combination of the sapphire window from the micro-reactor with the cross-polarizer module of the microscope on the light path allows high-contrast imaging of isotropic and anisotropic media. While observations are carried out, the micro-reactor can be heated to the temperature range of cracking reactions (up to 450 &#176;C), can be subjected to H2 pressure relevant to hydroconversion reactions (up to 16 MPa), and can stir the sample by magnetic coupling. 
Observations are typically carried out by taking snapshots of the sample under cross-polarized light at regular time intervals. Image analyses may not only provide information on the temperature, pressure, and reactive conditions yielding phase separation, but may also give an estimate of the evolution of the chemical (absorption/reflection spectra) and physical (refractive index) properties of the sample before the onset of phase separation.

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

This article describes a setup and method for the in situ visualization of oil samples under a variety of temperature and pressure conditions that aim to emulate refining and upgrading processes. It is primarily used for studying isotropic and anisotropic media involved in the fouling behavior of petroleum feeds.

In Situ Visualisierung der Phasenverhalten von Ölproben Unter Raffinerie Prozessbedingungen

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to ...

Ingenieurwesen

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without attendance and adjustment. Thermochemical thrusters which utilize thermodynamic properties of gases as a means of acceleration have physical limitations on their exhaust gas velocity, resulting in low efficiency. Moreover, these engines demonstrate extremely low efficiency at small thrusts and may be unsuitable for continuously operating systems which provide real-time adaptive control of the spacecraft orientation, velocity and position. In contrast, electric propulsion systems which use electromagnetic fields to accelerate ionized gases (i.e., plasmas) do not have any physical limitation in terms of exhaust velocity, allowing virtually any mass efficiency and specific impulse. Low-thrust Hall thrusters have a lifetime of several thousand hours. Their discharge voltage ranges between 100 and 300 V, operating at a nominal power of &lt;1 kW. They vary from 20 to 100 mm in size. Large Hall thrusters can provide fractions of millinewton of thrust. Over the past few decades, there has been an increasing interest in small mass, low power, and high efficiency propulsion systems to drive satellites of 50-200 kg. In this work, we will demonstrate how to build, test, and optimize a small (30 mm) Hall thruster capable of propelling a small satellite weighing about 50 kg. We will show the thruster operating in a large space environment simulator, and describe how thrust is measured and electric parameters, including plasma characteristics, are collected and processed to assess key thruster parameters. We will also demonstrate how the thruster is optimized to make it one of the most efficient small thrusters ever built. We will also address challenges and opportunities presented by new thruster materials.

Here, we present a protocol to test and optimize space propulsion systems based on miniaturized Hall-type thrusters.

Optimierung, Test und Diagnose von miniaturisierten Hall Triebwerke

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

Interactive and Visualized Online Experimentation System for Engineering Education and Research

Experimentation is crucial in engineering education. This work explores visualized experiments in online laboratories for teaching and learning and also research. Interactive and visualizing features, including theory-guided algorithm implementation, web-based algorithm design, customizable monitoring interface, and three-dimensional (3-D) virtual test rigs are discussed. To illustrate the features and functionalities of the proposed laboratories, three examples, including the first-order system exploration using a circuit-based system with electrical elements, web-based control algorithm design for virtual and remote experimentation, are provided. Using user-designed control algorithms, not only can simulations be conducted, but real-time experiments can also be conducted once the designed control algorithms have been compiled into executable control algorithms. The proposed online laboratory also provides a customizable monitoring interface, with which users can customize their user interface using provided widgets such as the textbox, chart, 3-D, and camera widget. Teachers can use the system for online demonstration in the classroom, students for after-class experimentation, and researchers to verify control strategies.

This work describes an online experimentation system that provides visualized experiments, including the visualization of theories, concepts, and formulas, visualizing the experimental process with three-dimensional (3-D) virtual test rigs, and visualizing the control and monitoring system using widgets such as charts and cameras.

Interaktives und visualisiertes Online-Experimentiersystem für Ingenieurausbildung und -forschung

Experimentation is crucial in engineering education. This work explores visualized experiments in online laboratories for teaching and learning and also ...

A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The variable-speed EHA has now taken priority over the variable-displacement EHA, but its driving motor and associated electronics encounter issues when applied in high-power applications: low-dynamics, high thermal dissipation, high price, etc. Therefore, a variable-displacement EHA equipped with an electro-variable displacement pump (EVDP) has been considered. The EVDP itself is a mechatronic system that integrates a piston pump, a ball screw, a gearbox, and a permanent magnet synchronous motor (PMSM). Consequently, the EVDP needs to be investigated to ensure its system-level performance when applied in an EHA. In addition to the previous research on the technical parameters of the EVDP, a dedicated design method is necessary for further reducing the cost of using the EVDP and exploring its performance potential. Here, a simulation based EVDP preliminary design method is selected for designing a 37 kW EVDP. Firstly, a previously proposed multidisciplinary model of the EVDP is extended by improving the parameter generation, including the EVDP life, reliability, control models, etc. Secondly, the proposed model is partially verified using a downsized prototype. Thirdly, the EVDP is simulated at a system level, supported by the proposed model. The EVDP performance is evaluated according to the specified design requirements. The temperature, bandwidth and accuracy, reliability and lifetime, etc., are all predicted for the EVDP. The simulation results demonstrate the EVDP's applicability in variable-displacement EHA. The proposed modeling and simulation method can be used to evaluate diverse EVDP performance and respond to general design requirements. The method can also support the resolution of the preliminary design challenges in terms of limited information and robustness. Therefore, the proposed method is appropriate for the realization of the simulation-based EVDP preliminary design method.

A simulation model specifically supporting the preliminary design of an electro-variable displacement pump (EVDP) is developed and partially verified by experiments. The control performance, life, reliability, etc., can all be evaluated using the proposed model, which covers the main performance requirements under the EVDP preliminary design task.

Ein Modellierungs- und Simulationsverfahren zur Vorkonstruktion einer elektrischen Verdrängerpumpe

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The ...

Experimental Multiscale Methodology for Predicting Material Fouling Resistance

The buildup of fouling deposits in energy systems degrades their ability to transfer heat, reducing efficiency and causing operational issues such as localized corrosion. Each application presents its own challenges. In nuclear power generation, the buildup of CRUD (Chalk River Unidentified Deposits) induces unique, negative effects ranging from reduced heat transfer, to axial power shifting, to CRUD-induced localized corrosion (CILC), the last of which can cause sudden fuel failure. Knowledge of why CRUD forms and how to prevent its adhesion to nuclear fuel rods represents a major step towards eliminating it. This paper demonstrates a methodology to ascertain which materials may resist CRUD adhesion, thereby preventing its initiation and growth. It presents experiments targeted at multiple length scales: pool boiling (macroscale), which simulates CRUD initiation processes in a nuclear reactor, and atomic force microscope (AFM) force spectroscopy (microscale), which yields quantitative measurements of the adhesion between CRUD constituents and candidate CRUD-resistant materials. Early data from both sets of experiments show some correlation, suggesting that AFM force spectroscopy (AFM-FS) may be used to pre-screen materials for fouling resistance. So far, it appears that CRUD constituents adhere well to oxides, while carbides show both greatly reduced adhesion and no adherent CRUD in pool boiling experiments. The relationship between the AFM-FS measurements and the growth of CRUD in the pool boiling experiments may provide insight into the possible factors affecting fouling in nuclear reactors, eventually leading to its elimination.

Fouling, or corrosion product deposition, plagues numerous fields of energy production. At its core is adhesion between dissimilar materials. Understanding and controlling adhesion could reduce or eliminate fouling. This paper demonstrates pool boiling experiments (macroscale) and atomic force microscope force-spectroscopy measurements (microscale), which when in agreement, indicate fouling-resistance.

The buildup of fouling deposits in energy systems degrades their ability to transfer heat, reducing efficiency and causing operational issues such as ...

Biologie

Assembly of a Reflux System for Heated Chemical Reactions

Source: Laboratory of Dr. Philip Miller &#8212; Imperial College London
Many chemical experiments require elevated temperatures before any reaction is observed, however heating solutions of reactants can lead to loss of reactants and/or solvent via evaporation if their boiling points are sufficiently low. In order to ensure no loss of reactants or solvent, a reflux system is used in order to condense any vapors produced on heating&#160;and return these condensates to the reaction vessel.&#160;

Montage eines Reflux-Systems für beheizte chemische Reaktionen

Source: Laboratory of Dr. Philip Miller &#8212; Imperial College London
Many chemical experiments require elevated temperatures before any reaction is ...

Lehre

JoVE Science Education

Grundlagen der organischen Chemie

Single and Two-phase Flow in a Packed Bed Reactor

Source: <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/author/Kerry+M._Dooley">Kerry M. Dooley</a> and Michael G. Benton, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
The goal of this experiment is to determine the magnitude of maldistribution in typical packed bed reactors in both single phase and two-phase (gas-liquid) flow and evaluate the effects of this maldistribution on pressure drop. The concepts of residence time distribution and dispersion are introduced through the use of tracers, and these concepts are related to physical maldistribution.
Channeling in a single-phase flow can occur along walls or by preferential flow through a larger portion of the bed cross-section. Channeling in two-phase flow can result from even more complex causes, and simple two-phase flow theories seldom predict pressure drops in packed beds. A design goal is always to minimize the extent of channeling by finding the optimal bed and particle diameters for the design flow rates and by packing a bed in a way to minimize settling. It is always important to quantify how much maldistribution might occur and to over-design the unit to account for its occurrence.
The permeameter apparatus measures pressure drop, &#916;P, and the concentration of tracer (dye) exiting horizontal packed beds of armored glass for either water, air, or two-phase flow (Figures 1 and 2). Water enters through a control valve and can be routed through manual valves to any of five beds (48&#34; long, 3&#34; I.D.) with different size glass bead dumped (random) packings. The pressure drop is measured using a pressure transmitter. The water flow is measured by a differential pressure (DP, orifice) transmitter and the air flow by a dry test meter (similar to a home gas meter). The dye sample is injected upstream by an automated sampling valve. The exit concentration of the dye from a bed is measured using a UV-Vis spectrometer. Residence time distributions are calculated from the tests and compared to the predictions of theories on dispersion in packed beds. Two-phase flow will be studied in bed 5, which contains the largest particles.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10431/10431fig1.jpg" /> 
Figure 1: Process and instrumentation diagram of the apparatus.
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10431/10431fig2.jpg" /> 
Figure 2. 3-D rendering of the apparatus. Bed #1 is at the top, bed #5 at the bottom. The water control valve is on the left (red bonnet). The DP transmitter is at the top center (blue).

Einphasen- und Zweiphasenströmung in einem Festbettreaktor

Source: Kerry M. Dooley and Michael G. Benton, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
The goal of this experiment ...