Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de investigación de concesión de Corea (NRF) financiado por el gobierno de Corea (MSIP: Ministerio de ciencia, TIC y planeación de futuro) (no. NRF-2016M2B2A9911771).

1. procedimiento experimental 4 , 5 , 6 <ol><li>preparación paso <ol><li>Verifique la instalación experimental. Basado en la matriz de la prueba, revise cuidadosamente las condiciones de prueba de prueba de matriz, tales como LOCA tamaño SBL tamaño, tipos de interruptor del sifón y la presencia del orificio antes del experimento. También, la prueba para confirmar que la instrumentación y componentes de la instalación funcionan correctamente sin ruidos de datos o fallos de funcionamiento.</li>
		<li>Llene el depósito superior con agua usando la bomba retorno instalada dentro del tanque inferior.</li>
		<li>Eliminar el aire residual dentro de SBL. Utilizar una bomba de vacío y cámara de tampón para eliminar el aire residual del SBL.</li>
		<li>Verificar el nivel inicial del agua del tanque superior. Utilizar la regla de conexión al tanque de.</li>
	</ol></li> <li>Paso de prueba <ol><li>abrir la válvula al final del sistema de tuberías de.</li>
		<li>Utilizando el sistema de adquisición de datos en la sala de control, revise los datos medidos, como el nivel de agua, caudal y cambios de presión durante el fenómeno de rotura del sifón. Si no hay ninguna salida de refrigerante, termina el primer experimento. Por último, registrar los resultados experimentales obtenidos con las condiciones de prueba dado.</li>
	</ol></li> <li>Cambiar las variables de la prueba (tamaño SBL, LOCA tamaño, presencia de orificio y posición LOCA) como sigue.
	<ol><li>Cambio el SBL tamaño sucesivamente en 2, 2.5, 3, 4, 5 y 6 en; la SBL dada está conectada a la tubería principal por un empalme de brida en posición 2 en la figura 2. 
		Nota: Las variables experimentales, tales como tamaño SBL, tamaño LOCA y la presencia del orificio, se cambian utilizando el empalme de brida con pernos y tuercas. Por lo tanto, estos procesos se realizan manualmente.</li>
		<li>Repita 1.1.1 - 1.2.2 hasta que se realicen todos los experimentos tamaños SBL.</li>
		<li>Con LOCA en la posición 1, cambiar el tamaño LOCA sucesivamente a 6, 8, 10, 12, 14 y 16 pulgadas, el reductor dado está conectado a la tubería principal por un empalme de reborde en la posición 3 en la figura 2.</li>
		<li>Repita 1.1.1 - 1.3.2 hasta que se realicen todos los experimentos tamaños LOCA.</li>
		<li>Instalar el orificio (o retire el orificio) conectado a la tubería principal por un empalme de reborde en la parte inferior del tanque superior. 
		Nota: Experimentos del paso anterior se llevan a con la ausencia (o presencia) del orificio. Por lo tanto, el orificio debe ser instalado (o quiten) para el siguiente experimento.
		<ol><li>Para hacer este trabajo, asegúrese de que no hay agua dentro del tanque superior.</li>
		</ol></li> <li>Repita 1.1.1 - 1.3.4. Para confirmar el efecto del tamaño de la SBL y LOCA bajo la presencia (o ausencia) de orificio, repita el paso anterior.</li>
		<li>Cambiar la LOCA a la posición 2, se han realizado experimentos del paso anterior con posición LOCA 1. Cambiar la posición de LOCA para el experimento siguiente. 
		Nota: En la configuración experimental, se construyen dos posiciones LOCA. Cada pipa LOCA con una válvula de mariposa está conectado a un sistema de tuberías principales.
		<ol><li>Para cambiar la posición de LOCA, cerrar la válvula de mariposa en posición LOCA 1 y abrir la válvula en la posición LOCA 2.</li>
		</ol></li> <li>Repita 1.1.1 - 1.3.6.</li>
	</ol></li></ol> 2. Ejecutar el programa de simulación <ol><li>haga clic en el icono para ejecutar el programa de simulación de sifón interruptor. 
	Nota: El procedimiento se demuestra en Video suplementario 1. Como se muestra, la pantalla inicial del programa de simulación consta de 4 botones (ver parámetro, Run, Manual y salida). Cuando el usuario hace clic en el &#39; los parámetros de &#39; botón, se abre una nueva ventana de comandos e incluye la lista de parámetros. El usuario es capaz de modificar y confirmar los valores numéricos de las variables. El &#39; ejecutar &#39; botón realiza los cálculos mediante la sustitución de los parámetros de entrada en las fórmulas incluidas. El &#39; Manual &#39; botón es para notificar a la versión del programa y uso y el &#39; salida &#39; botón cierra el programa. Los resultados se muestran en la &#39; muestran resultados &#39; windows.</li>
	<li>Haga clic en el &#34; parámetro Mostrar &#34; botón.</li>
	<li>Cambiar los datos de entrada teniendo en cuenta las condiciones de simulación dado.</li>
	<li>Haga clic en el &#34; ejecutar &#34; botón.</li>
	<li>Comprobar la forma del gráfico de nivel de agua la &#39; muestran resultados &#39; ventana. El programa organiza los valores del resultado con el tiempo y traza el gráfico automáticamente.
	<ol><li>a través de la forma del gráfico, confirmar visualmente la posibilidad de rotura del sifón, si el nivel del agua o la contracción de altura tiene el mismo valor constante hasta el final, sifón rompiendo es posible bajo las condiciones dadas. Vea la figura 3.</li>
	</ol></li> <li>Compruebe otras salidas la &#39; muestran resultados &#39; ventana. Tenga en cuenta que hay ocho opciones (nivel de agua, contracción altura, presión, velocidad del agua, velocidad del aire, velocidad de la mezcla bifásica, cantidad y fricción) para comprobar la salida. Seleccione el tipo de gráfico utilizando la casilla de verificación. 
	Nota: Es fácil de entender el fenómeno de rotura del sifón un vistazo porque el cambio de cada valor con el tiempo puede verse a través del gráfico.</li>
	<li>Confirmar el valor específico de salida dependiendo de la época haciendo clic en el &#34; calcula en tiempo &#34; botón. Introduzca el tiempo deseado y compruebe los resultados según el tiempo.</li>
	<li>Guardar los datos de resultado de la simulación haciendo clic en el &#34; guardar los datos &#34; botón. 
	Nota: Los resultados se guardan en forma de archivo de texto y condiciones simuladas se guardan juntos.</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>

Los autores no tienen nada que revelar.

Un interruptor de sifón es un dispositivo de seguridad pasiva operada utilizado para evitar la pérdida de refrigerante cuando ocurre un accidente de rotura de la tubería. Sin embargo, es difícil de aplicar a los reactores de investigación contemporáneo porque no hay ningún experimento para los reactores de investigación de escala real. Por esta razón, el experimento de escala real se realizó por la UMSNH y KAERI. El propósito del experimento era confirmar que la rotura del sifón es factible en el tamaño de escala real, y para identificar factores que afectan sifón a última hora. Resultados experimentales muestran que el tamaño LOCA y SBL fueron las principales variables que influyen en la contracción.
El cálculo del sifón rompiendo es excesivamente complejo porque hay muchos parámetros que deben considerarse. Estudios previos no han presentado un modelo teórico satisfactorio para sifón rompiendo. Por esta razón, un modelo teórico que podría analizar el fenómeno de rotura sifón real fue establecido de los resultados de experimento de interruptor de sifón de escala real. El modelo teórico se basó en el modelo de Chisholm para flujo bifásico y mecánica de fluidos. De las ecuaciones de Bernoulli, la velocidad del flujo puede ser derivada. Además, otras variables importantes, tales como flujo volumétrico, nivel de agua y contracción de altura, podrían calcularse desde el modelo teórico considerando flujo bifásico.
A continuación, un programa de simulación fue desarrollado basándose en el modelo teórico. Cuando se compararon los resultados de simulación con los resultados experimentales, se demostró que el modelo teórico podría analizar el fenómeno de ruptura real del sifón. Resultados de la simulación pueden utilizarse como una base para juzgar la seguridad del reactor de investigación contra accidente ruptura de tubería, y el programa puede ser utilizado para el diseño del interruptor de sifón.
Sin embargo, el nuevo modelo teórico y el programa de simulación sólo se desarrollaron desde el experimento de la escala real con una 16 tamaño de la tubería principal. Para verificar la aplicabilidad del programa de simulación en diversas escalas, estamos preparando una nueva instalación experimental de pequeña escala sifón interruptor pruebas de miniaturizar la anterior instalación experimental de escala real. Una amplia gama del factor C y coeficiente de Chisholm B, incluyendo la gama de experiencia existente, será considerada.

Recientemente ha aumentado el número de reactores con combustible tipo placa, tales como la investigación de Jordania y Reactor de entrenamiento (JRTR) y Reactor de investigación de KiJang (KJRR). Para conectar fácilmente el combustible tipo placa, el reactor de investigación requiere un flujo hacia abajo de la base. Puesto que los reactores de investigación requieren carga de succión positiva neta el primario del sistema de enfriamiento, algunos componentes del sistema de enfriamiento podrían potencialmente instalarse debajo del reactor. Sin embargo, si la ruptura de la tubería se produce en el sistema de refrigeración primario por debajo del reactor, el efecto sifón causa drenaje continuo de líquido refrigerante que puede resultar en la exposición del reactor al aire. Esto significa que no puede extraerse el calor residual, que podría conducir a un grave accidente. Por lo tanto, en caso de una pérdida de accidente del líquido refrigerador (LOCA), es necesario un dispositivo de seguridad que puede evitar un accidente grave. Un interruptor de sifón es un dispositivo de seguridad. Puede prevenir con eficacia el drenaje del agua mediante el uso de una irrupción de aire. Todo el sistema se llama el sifón rompiendo el sistema.
Se han realizado varios estudios para la mejora de la seguridad del reactor de investigación. McDonald ' s y Marta1 llevó a cabo un experimento para confirmar el funcionamiento de un sifón rompiendo la válvula como un interruptor de funcionamiento activamente. Neill y Stephens2 realizaron un experimento utilizando un martillo rompedor de sifón como un dispositivo pasivo funcionado en un tubo de pequeño tamaño. Sakurai3 propuso un modelo analítico para analizar el sifón rompiendo donde se aplicó un modelo de flujo de aire-agua completamente separada.
Sifón rompiendo es extremadamente complejo porque hay muchos parámetros que necesitan ser considerados. Además, porque no se han realizado los experimentos para reactores de investigación de escala real, es difícil aplicar los estudios anteriores a reactores de investigación contemporáneo. Por lo tanto, los estudios anteriores no han presentado un modelo teórico satisfactorio para sifón rompiendo. Por esta razón, se realizó un experimento de escala real para establecer un modelo teórico.
Para investigar el efecto del interruptor de sifón en un reactor de investigación, se realizaron experimentos de verificación de la escala real Universidad Pohang de ciencia y tecnología (UMSNH) y el Instituto de investigación de energía atómica de Corea (KAERI)4,5 ,6. La figura 1 es la facilidad real para el experimento de interruptor de sifón. La figura 2 muestra un diagrama esquemático de la instalación e incluye la marca de la instalación.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig1.jpg"> 
Figura 1. Facilidad para el sifón rompiendo experimento demostración. El tamaño de la tubería principal es de 16 en y se instala una ventana de acrílico para la observación. El orificio es un dispositivo preparado para describir la caída de presión. Por lo tanto, hay una parte del conjunto de orificio en la parte inferior del tanque superior. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig2.jpg"> 
Figura 2. Diagrama esquemático de la instalación experimental. Se presenta la ubicación de puntos de medida. Los números indican estos lugares pertinentes; posición de punto 0 significa la entrada del disyuntor de sifón, punto 1 indica el nivel de agua, punto 2 significa la parte conectada el interruptor del sifón y la tubería principal y punto 3 significa la LOCA. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
La instalación experimental de interruptor de sifón consiste en un tanque superior, un tanque inferior, un sistema de tuberías y una bomba de retorno. La capacidad del tanque superior es de 57,6 m3. La zona inferior y la profundidad son 14,4 m2 (4 m x 3,6 m) y 4 m, respectivamente. El tanque inferior y la posición de LOCA están situado 8,3 m por debajo del tanque superior. La capacidad del tanque inferior es de 70 m3. El tanque inferior se utiliza para almacenar el agua durante el experimento. El tanque inferior se conecta a la bomba de retorno. El agua en el tanque inferior se bombea en el tanque superior. El tamaño de la tubería principal del sistema es 16. Al final de la línea de sifón de interruptor (SBL) esta situado 11,6 m de alto sobre el tubo inferior punto de ruptura. Además, acrílico windows se instalan en la tubería de la visualización, como se muestra en la figura 1.
Se instalaron varios dispositivos para medir las señales físicas. Se utilizaron dos transductores de presión absoluta (APTs) y tres transductores de presión diferencial (DPTs). Para medir el caudal másico de agua, se utilizó un medidor de flujo ultrasónico. Se utilizó un sistema de adquisición de datos para obtener todos los datos de medición en 250 ms en intervalos de tiempo. Además de los equipos para la medición, las cámaras fueron instaladas para la observación y un gobernante fue atado en la pared interior del tanque superior para comprobar el nivel del agua.
En el experimento se consideraron varios tamaños de interruptor (SB) LOCA y sifón, sifón interruptor tipos (agujero de línea) y la presencia de orificio de combustible del reactor y el punto de ruptura de la tubería. Con el fin de verificar el efecto de tamaño LOCA y SBL, varios tamaños de LOCA y SBL fueron utilizados. Los tamaños LOCA osciló entre 6 y 16 y los tamaños SBL varió de 2 a 6 en. En el experimento, tipo de línea y el agujero de interruptores de sifón fueron utilizados, pero el contenido siguiente de este estudio sólo considera el tipo SBL en el JRTR y KJRR. Como ejemplo de resultados experimentales, figura 3 es un gráfico que incluye los datos de tasa de flujo de presión y agua. El experimento se llevó a cabo en 04 de octubre de 2013 y la muestra de datos experimentales es LN23 (tipo de línea SB, sin orificio, 12 en LOCA, 2.5 en SBL).
De los datos del experimento, se estableció el modelo teórico que puede predecir el sifón rompiendo el fenómeno. El modelo teórico comienza con la ecuación de Bernoulli. La velocidad del fluido se obtiene de la ecuación de Bernoulli y el flujo volumétrico se puede obtener multiplicando la velocidad del fluido por el área de la tubería. Además, el nivel del agua puede obtenerse usando la tasa de flujo volumétrico. El concepto básico del modelo teórico es como arriba. Sin embargo, puesto que el sifón rompiendo el fenómeno es un flujo de dos fases, hay puntos adicionales a considerar. Para considerar un modelo de análisis de flujo bifásico, se realizó una prueba de verificación de exactitud. Puesto que el modelo de Chisholm era más preciso que un modelo homogéneo, el modelo de Chisholm se utiliza para analizar el fenómeno. Según el modelo de Chisholm, el fórmula del multiplicador de dos fases se expresa como ecuación 17. En esta ecuación, ф representa el multiplicador de dos fases, ρ representa la densidad, y X representa calidad.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq1.jpg">(1)
clase p = "jove_content" &gt; modelo en la Chisholm, un coeficiente B que varía con el flujo de masa se incluyó. En última instancia, la derivación de una fórmula de la correlación entre coeficiente de Chisholm B y las condiciones de diseño del reactor es un punto importante del modelo teórico. En otras palabras, otro propósito del experimento era obtener datos para establecer la relación entre las condiciones de diseño y coeficiente de Chisholm B. De los resultados de la prueba, se estableció una fórmula de correlación entre las condiciones de diseño y coeficiente de Chisholm B. El modelo teórico resultante fue desarrollado para predecir el sifón rompiendo fenómeno bien.
Además, se desarrolló un programa de simulación con una interfaz gráfica de usuario (GUI). Por la transición de los datos de presión absoluta en la figura 3, el fenómeno se puede dividir en tres etapas: la pérdida de refrigerante (flujo monofásico), rotura del sifón (flujo bifásico) y estado estacionario. Por lo tanto, el proceso de cálculo principales del algoritmo incluye un proceso de tres etapas correspondientes a las tres etapas del fenómeno real. Incluyendo el proceso de cálculo, el algoritmo entero para describir el proceso de simulación se muestra en la figura 48.
Utilizando el software (ver 1 Video suplementario) para comenzar la simulación, el usuario ingresa los parámetros de entrada correspondiente a las condiciones de diseño y los parámetros de entrada se almacenan como valores fijos. Si el usuario continúa con la simulación después de introducir los parámetros, el programa realiza el cálculo del primer paso. El primer paso es el cálculo monofásico, que es el cálculo de pérdida de refrigerante debido al efecto sifón después de la ruptura de la tubería. Las variables se calcularon automáticamente con el modelo teórico (como en la ecuación de Bernoulli, preservación del flujo de masa, etc.), y el cálculo procede de la entrada de parámetros por el usuario. Los resultados de cálculo se almacenan secuencialmente en la memoria del ordenador según la unidad de tiempo señalada por el usuario.
Si las gotas de nivel de agua abajo posición 0, significa que termina el flujo monofásico, porque aire comienza a precipitarse el SBL en este momento. Por lo tanto, el primer paso para el flujo monofásico procede hasta que el nivel del agua alcanza la posición 0. Cuando el nivel del agua está en la posición 0, esto significa que la altura undershooting es cero. La altura undershooting es la diferencia de altura entre la entrada de la SBL y el nivel de agua del tanque superior después de la ruptura de sifón. En otras palabras, contracción altura indica cuánto el nivel del agua disminuyó durante el sifón rompiendo. Por lo tanto, la altura undershooting es un parámetro importante, porque permitiría la determinación directa de la cantidad de pérdida de refrigerante. En consecuencia, el programa determina el final del primer paso de cálculo según la altura undershooting.
Si la altura undershooting es mayor que cero, el programa realiza un segundo cálculo de paso que puede simular el flujo de dos fases. Porque el flujo de aire y agua están presentes en el sifón rompiendo el escenario, se deben considerar las propiedades físicas de ambos fluidos. Por lo tanto, se consideran los valores de multiplicador de dos fases, la calidad y la fracción de vacío en este paso de cálculo. Especialmente, el valor de la fracción vacío se utiliza como fin criterio del cálculo del segundo paso. La fracción de vacía puede expresarse como el cociente del flujo de aire a la suma de aire y corrientes de agua. El segundo cálculo paso procede hasta que el valor de la fracción vacío (α) es 0.9. Cuando α es 0.9, el tercer cálculo paso procede que describe el estado estacionario. En teoría, el criterio final para sifón rompiendo es α = 1 puesto que el aire sólo existe en la tubería en este momento. Sin embargo, en este programa, el criterio final para sifón rompiendo es α = 0.9 para evitar cualquier error en el proceso de cálculo. Por lo tanto, una pérdida parcial de los resultados es inevitable, pero este error puede ser insignificante.
Cálculo de estado estacionario se desarrolla durante el tiempo establecido por el usuario. Porque no hay cambio, el estado estacionario se caracteriza en que los valores de resultado de cálculo están siempre constantes. Si romper sifón tiene éxito, el nivel final del agua en el tanque superior se mantendrá en un valor específico, no cero. Sin embargo, si la rotura del sifón no se realiza con éxito, el refrigerante será casi perdido, y el nivel final del agua acerca a cero valor. Por lo tanto, si el valor de nivel de agua es igual a cero en estado estacionario, indica que las condiciones de diseño dadas no son adecuadas para completar la rotura del sifón.
Tras el cálculo, el usuario puede confirmar los resultados de varias maneras. Los resultados muestran el estado del sifón rompiendo, sifón romper progreso y singularidad. El programa de simulación puede predecir y analizar el fenómeno de modo realista y asistir en el diseño del sistema de triturador de sifón. En este papel, el protocolo del experimento, resultados del experimento y la aplicación del programa de simulación se presentan.

<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

En las condiciones de diseño de un reactor de investigación, el fenómeno de sifón, inducido por la ruptura de la tubería puede causar flujo continuo hacia afuera del agua. Para evitar esta salida, un dispositivo de control se requiere. Un interruptor de sifón es un tipo de dispositivo de seguridad que puede ser utilizado para controlar con eficacia la pérdida de agua de refrigeración.
Para analizar las características del sifón rompiendo, se llevó a cabo un experimento de escala real. De los resultados del experimento, se encontró que existen varios factores de diseño que afectan el sifón rompiendo el fenómeno. Por lo tanto, es necesario desarrollar un modelo teórico capaz de predecir y analizar el sifón rompiendo fenómeno bajo diferentes condiciones de diseño. Utilizando los datos experimentales, es posible formular un modelo teórico que predice con precisión el progreso y el resultado del sifón rompiendo el fenómeno. El modelo teórico establecido se basa en la mecánica de fluidos e incorpora el modelo de Chisholm para analizar el flujo de dos fases. De la ecuación de Bernoulli, la velocidad, cantidad, contracción altura, caudal, presión, coeficiente de fricción y factores relacionados con el flujo de dos fases podría ser obtenida o calculada. Por otra parte, para utilizar el modelo establecido en el presente estudio, se desarrolló un programa de análisis y diseño de interruptor de sifón. El programa de simulación funciona sobre la base del modelo teórico y devuelve el resultado como un gráfico. El usuario puede confirmar la posibilidad del sifón rompiendo marcando la forma del gráfico. Además, guardar el resultado de toda simulación es posible y puede ser utilizado como un recurso para analizar el sifón real romper el sistema.
En conclusión, el usuario puede confirmar el estado del sifón rompiendo y diseño del sistema de triturador de sifón utilizando el programa desarrollado en este estudio.

Todo el proceso de romper sifón consiste en tres etapas. La primera etapa es la salida del refrigerante debido al efecto de sifón. La segunda etapa es el proceso a partir de la entrada de aire a través del SBL para bloquear la pérdida de refrigerante, llamado sifón rompe. El fenómeno de rotura del sifón puede verse como un fuerte aumento de la presión absoluta en la figura 3. Después de la presión absoluta aumenta rápidamente, se reduce gradualmente debido a la disminución del nivel de agua. En el extremo del sifón rompiendo, desde algunas corrientes de agua residual hacia el tanque superior, la presión absoluta aumenta otra vez. Si se completa el sifón rompiendo, no hay más fugas de refrigerante y este estado se llama 'estado estacionario'. Porque no hay cambio de estado, la presión absoluta también se mantiene constante. La tasa de flujo, que se mantuvo en un valor alto durante la primera etapa, disminuye gradualmente como el sifón rompiendo comienza. Cuando el sifón rompiendo es completado con éxito, la fuga de refrigerante es gradualmente reducida y detenida como se muestra en el Video 1. La presión diferencial en la figura 3 muestran una tendencia a aumentar progresivamente después del inicio de la rotura del sifón.
Si la ruptura de la tubería se produce en la ausencia del disyuntor de sifón, el refrigerante se derramará por efecto sifón. El experimento que describe la ausencia del disyuntor de sifón se muestra en el Video 2 (XN; ausencia del disyuntor de sifón). Por otro lado, Video 3 (LN; interruptor de línea tipo sifón) y Video 4 (HN; interruptor de orificio tipo sifón) muestran que el interruptor de sifón previene con eficacia la pérdida de refrigerante. En ambos casos, se confirma que el refrigerante no gotea por debajo de un cierto nivel de agua. En consecuencia, los experimentos demostraron que el sifón el interruptor puede ser un dispositivo viable para evitar la pérdida de refrigerante.
Por otra parte, de los resultados experimentales, fue posible definir a la relación entre el coeficiente de Chisholm y las condiciones de diseño. Al principio, para reflejar las condiciones experimentales, el proceso de puesta a punto del coeficiente de pérdida de presión se llevó a cabo. Después de ajustar el coeficiente de pérdida de presión, coeficiente de Chisholm B fue deducido por un método de ensayo y error. Porque el flujo de masa de aire y el agua debe ser considerado cuando el valor del coeficiente B de Chisholm, un criterio para evaluar cuantitativamente el flujo de masa era necesario. Este criterio se deriva mediante un factor de tasa de flujo de aire y el caudal másico de agua. El criterio, llamado el factor C, se utiliza para determinar a la relación con el coeficiente de Chisholm B. La fórmula propuesta de factor C está dada por la ecuación 2 y el factor de tasa de flujo de aire está dada por la ecuación 39,10. En las siguientes fórmulas, ρ representa la densidad, y K02 representa el coeficiente de pérdida de presión entre la posición 0 y 2. Puesto que la densidad y el dígito '2' en la ecuación 3 son constantes, se puede eliminar. Por lo tanto, el tipo simplificado de factor de tasa de flujo de aire se denomina el factor F en la ecuación 2. El caudal másico de agua también debe ser evaluado; aumenta conforme aumenta de tamaño LOCA, pero el área también aumenta al mismo tiempo. Por lo tanto, el flujo másico con diverso tamaño LOCA está dividido por el área para obtener el caudal másico por unidad de área. Aquí, el valor de flujo de masa se calcula antes de aire entra en el tubo.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq2.jpg">(2)
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq3.jpg">(3)
Para encontrar a la relación entre el coeficiente de Chisholm B y factor C, se utilizó análisis de regresión. Como resultado, podrían derivar dos tipos de fórmulas de correlación (función exponencial y cuadráticas) y2 valores de R fueron 0.93 (función exponencial) y 0,97 (función cuadrática). Cada función se da como ecuación 4 y la ecuación 59. Ecuación 4 era capaz de predecir para un tamaño relativamente grande de LOCA, como el 12 y 16 en tamaños LOCA. Por otro lado, ecuación 5 fue capaz de predecir bien para tamaños relativamente pequeños de LOCA, como el 8 y 10 en tamaños LOCA. En consecuencia, la función exponencial se utiliza para predecir una relativamente gran tamaño de LOCA mayor que 11, y se utiliza la función cuadrática para que menor que 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)
Es decir, el establecimiento del modelo teórico es significativo en que la predicción del sifón rompiendo el fenómeno, es posible derivar el coeficiente de Chisholm B de las condiciones de diseño. Por lo tanto, el desarrollo de un programa de simulación que incluye el modelo teórico sería útil para analizar el fenómeno y el diseño del interruptor de sifón.
El gráfico de comparación de la simulación y los resultados experimentales se muestra en la figura 5. Teniendo en cuenta el gráfico, el programa de simulación podría predecir los resultados obtenidos en el experimento de escala real. No sólo los resultados de altura undershooting, sino también los datos de flujo obtenidos en el programa de simulación muestran patrones similares a los obtenidos experimentalmente. Figura 6 es el gráfico del índice de flujo versus el tiempo LOCA tamaños de 12 y 16. Sin embargo, hay algunas diferencias al principio entre el experimento y simulación. De hecho, la evaluación de la tasa de flujo experimental en la fase de inicio se basó en la visualización de vídeo y los datos de tasa de flujo del experimento se obtuvieron calculando el nivel de agua inferior para 5 s. Este método era una forma alternativa porque el flujómetro ultrasónico no podría medir el caudal con precisión antes de que el flujo completamente desarrollado. La diferencia entre los resultados del experimento y simulación parece ser debido a este punto. Excepción de la fase de inicio, el caudal simulado era similar a los valores experimentales y el programa predijo con exactitud la tendencia según el tamaño LOCA.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig3.jpg"> 
Figura 3. Resultado experimental. Las variables medidas incluyen nivel de agua, contracción de altura, la presión y caudal. Entre los resultados, se presentan datos de tasa de presión y caudal. Teniendo en cuenta el cambio de presión, el fenómeno en gran parte se divide en tres secciones; Pérdida de refrigerante, rotura del sifón y de estado estacionario. La presióne, que cambia levemente cambios en la pérdida de sección de refrigerante, aumenta rápidamente en el sifón rompiendo sección. Además, la presión no cambia durante el estado estacionario. También, puede verse que el caudal disminuye gradualmente debido a la rotura del sifón. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig4.jpg"> 
Figura 4. Algoritmo del programa de simulación de. El algoritmo está desarrollado para aplicar el modelo teórico de9. Para reflejar el verdadero fenómeno, el proceso de cálculo principales del algoritmo consistió en tres etapas. Si se dan los parámetros de entrada que reflejan las condiciones de diseño, cada etapa se calcula automáticamente para los criterios dados. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig5.jpg"> 
Figura 5. Estimación de la validez. Para evaluar la exactitud de los resultados de la simulación, contracción de altura se compara con los resultados del experimento. Simulación se encontró que coincide razonablemente con los experimentos. En otras palabras, el programa de simulación tiene un buen rendimiento para el análisis de sifón rompiendo. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig6.jpg"> 
Figura 6. Gráfico del índice de flujo. La tasa de flujo simulada (Sim) fue similar a los valores experimentales (Exp). Porque la simulación puede calcular relativamente exactamente las cantidades de tasa de flujo, los valores simulados de undershooting altura y nivel del agua son similares a los valores experimentales. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/55972fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Video 1" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov1.jpg"> 
Video de 1. Sifón éxito rompiendo (LOCA). Este video es un experimento con el interruptor de sifón. Cuando se abre la válvula de mariposa en la posición de LOCA, se fuga el refrigerante. Sin embargo, la fuga de refrigerante poco a poco reducida y detenida debido al interruptor de sifón. En otras palabras, este video muestra que ese interruptor de sifón puede prevenir la fuga de refrigerante. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_1(LOCA).mp4" target="_blank">Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)</a>
<img alt="Video 2" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov2.jpg"> 
Video 2. Ausencia del disyuntor de sifón (XN). En la ausencia de un interruptor de sifón, el refrigerante sigue fluyendo hacia fuera, y finalmente el nivel del agua del tanque superior se convierte en cero. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_2(XN).mp4" target="_blank">Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)</a>
<img alt="Video 3" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov3.jpg"> 
Video 3. Interruptor de línea tipo sifón (LN). El interruptor de sifón previene con eficacia la pérdida de refrigerante. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_3(LN).mp4" target="_blank">Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)</a>
<img alt="Video 4" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov4.jpg"> 
Video de 4. Interruptor de orificio tipo sifón (HN). El interruptor de sifón previene con eficacia la pérdida de refrigerante. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Video_4(HN).mp4" target="_blank">Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)</a>
<img alt="Video 5" src="/files/ftp_upload/55972/55972mov5.jpg"> 
Video suplementario 1. Ejecutar el programa de simulación. La pantalla inicial del programa de simulación consta de 4 botones (ver parámetro, Run, Manual y salida). Cuando el usuario hace clic en el botón 'Mostrar parámetros', se abrirá una nueva ventana de comando e incluye la lista de parámetros. El usuario es capaz de modificar y confirmar los valores numéricos de las variables. El botón 'Ejecutar' realiza los cálculos mediante la sustitución de los parámetros de entrada en las fórmulas incluidas. 'Manual' es el botón para notificar a la versión del programa y uso, y 'Salir' es un botón para cerrar el programa. Los resultados se muestran en la ventana 'Mostrar resultados'. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55972/Sup_Video_1(Demonstration).mp4" target="_blank">Por favor haga clic aquí para ver este video. (Clic derecho para descargar)</a>

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Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

El sifón rompiendo el fenómeno fue investigado experimentalmente y se propuso un modelo teórico. Se desarrolló un programa de simulación basado en el modelo teórico y los resultados del programa de simulación se compararon con los resultados experimentales. Se concluyó que los resultados del programa de simulación emparejó bien los resultados experimentales.

Estudio de sifón interruptor experimento y simulación de un Reactor de investigación

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

JoVE Journal

Engineering

8.7K vistas.  Handong Global University. El sifón rompiendo el fenómeno fue investigado experimentalmente y se propuso un modelo teórico. Se desarrolló un programa de simulación basado en el modelo teórico y los resultados del programa de simulación se compararon con los resultados experimentales. Se concluyó que los resultados del programa de simulación emparejó bien los resultados experimentales.

Video: 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.

Desarrollo de sulfidogénicos lodos de sedimentos marinos y tricloroetileno Reducción en un reactor anaerobio de flujo ascendente Manta lodos

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

Investigación

Medio ambiente

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.

Jardines químicos como flujo continuo Reactores simulación de sistemas hidrotermales Naturales

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

Química

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.

Láser-calefacción y Radiance espectrometría para el estudio de los materiales nucleares en condiciones de simular un accidente de la planta de Energía Nuclear

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 La visualización del comportamiento de fases de muestras de aceite bajo condiciones de proceso de la refinería

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 ...

Ingeniería

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.

Optimización, pruebas y diagnóstico de propulsores Hall miniatura

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.

Sistema de experimentación en línea interactivo y visualizado para la educación e investigación en ingeniería

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.

Un método de modelado y simulación para el diseño preliminar de una bomba de desplazamiento electrovariable

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 ...

Biología

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;

Montaje de un sistema de reflujo para reacciones químicas calientes

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

Educación

JoVE Science Education

Química orgánica

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).

Flujo monofásico y bifásico en un reactor de lecho compacto

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