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 ...

study-siphon-breaker-experiment-simulation-for-research

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

8.6K 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

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

Simulación, Fabricación y Caracterización de THz Amortiguadores metamateriales

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Investigación

Ingeniería

Research and Development of High-performance Explosives

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

Investigación y Desarrollo de explosivos de alto rendimiento

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in industrialized countries. Here, the development of optical mesosensors/adsorbents (MSAs) for efficient recognition and selective recovery of Pd(II), Au(III), and Co(II) from urban mine was achieved. A simple, general method for preparing MSAs based on using high-order mesoporous monolithic scaffolds was described. Hierarchical cubic Ia3d wagon-wheel-shaped MSAs were fabricated by anchoring chelating agents (colorants) into three-dimensional pores and micrometric particle surfaces of the mesoporous monolithic scaffolds. Findings show, for the first time, evidence of controlled optical recognition of Pd(II), Au(III), and Co(II) ions and a highly selective system for recovery of Pd(II) ions (up to ~95%) in ores and industrial wastes. Furthermore, the controlled assessment processes described herein involve evaluation of intrinsic properties (e.g., visual signal change, long-term stability, adsorption efficiency, extraordinary sensitivity, selectivity, and reusability); thus, expensive, sophisticated instruments are not required. Results show evidence that MSAs will attract worldwide attention as a promising technological means of recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals.

Because of the importance and extensive use of palladium, gold and cobalt metals in high-technology equipment, their recovery and recycling constitute an important industrial challenge. The metal recovery system described herein is a simple, low-cost means for the effective detection, removal, and recovery of these metals from the urban mine.

Detección y recuperación de paladio, oro y cobalto Metales de la Mina Urbana utilizando sensores Novela / adsorbentes designados con nanoescala Los poros en forma de rueda-Wagon

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute transport in rivers and many important biogeochemical processes. To improve understanding of these processes through visual demonstration, we created a hyporheic flow simulation in the multi-agent computer modeling platform NetLogo. The simulation shows virtual tracer flowing through a streambed covered with two-dimensional bedforms. Sediment, flow, and bedform characteristics are used as input variables for the model. We illustrate how these simulations match experimental observations from laboratory flume experiments based on measured input parameters. Dye is injected into the flume sediments to visualize the porewater flow. For comparison virtual tracer particles are placed at the same locations in the simulation. This coupled simulation and lab experiment has been used successfully in undergraduate and graduate laboratories to directly visualize river-porewater interactions and show how physically-based flow simulations can reproduce environmental phenomena. Students took photographs of the bed through the transparent flume walls and compared them to shapes of the dye at the same times in the simulation. This resulted in very similar trends, which allowed the students to better understand both the flow patterns and the mathematical model. The simulations also allow the user to quickly visualize the impact of each input parameter by running multiple simulations. This process can also be used in research applications to illustrate basic processes, relate interfacial fluxes and porewater transport, and support quantitative process-based modeling.

This manuscript describes how to create regular bedforms in a flume, visualize flow through the bedforms, and use computer simulations to simulate the hyporheic flow. The computer simulations compare well with the experimental observations. This coupled simulation and experiment is well-suited for both research and educational purposes.

Visualización de Flujo hyporheic A través de formas de fondo Utilizando Experimentos Dye y Simulación

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.
This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

Basada en el Conocimiento de la simulación de la nube FE de los Procesos de conformado de chapa de metal

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D structures are most often perceived using the two-dimensional and exclusively visual medium of the computer screen. Converting digital 3D molecular data into real objects enables information to be perceived through an expanded range of human senses, including direct stereoscopic vision, touch, and interaction. Such tangible models facilitate new insights, enable hypothesis testing, and serve as psychological or sensory anchors for conceptual information about the functions of biomolecules. Recent advances in consumer 3D printing technology enable, for the first time, the cost-effective fabrication of high-quality and scientifically accurate models of biomolecules in a variety of molecular representations. However, the optimization of the virtual model and its printing parameters is difficult and time consuming without detailed guidance. Here, we provide a guide on the digital design and physical fabrication of biomolecule models for research and pedagogy using open source or low-cost software and low-cost 3D printers that use fused filament fabrication technology.

Physical models of biomolecules can facilitate an understanding of their structure-function for the researcher, aid in communication between researchers, and serve as an educational tool in pedagogical endeavors. Here, we provide detailed guidance for the 3D printing of accurate models of biomolecules using fused filament fabrication desktop 3D printers.

La impresión 3D de Modelos de Investigación Biomolecular y Pedagogía

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

Tratamiento de metales nanocristalinos de bulto en el laboratorio de investigación del ejército de Estados Unidos

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate plasma to high speed; they have considerable potential for future space applications with the significant advantages of high specific impulse and thrust density. In this paper, we present a series of protocols for designing and manufacturing a 100 kW class of AF-MPD thruster with water-cooling structures, a 130 V maximum discharge voltage, a 800 A maximum discharge current, and a 0.25 T maximum strength of magnetic field. A hollow tantalum tungsten cathode acts as the only propellant inlet to inhibit the radial discharge, and it is positioned axially at the rear of the anode in order to relieve anode starvation. A cylindrical divergent copper anode is employed to decrease anode power deposition, where the length has been reduced to decrease the wall-plasma connecting area. Experiments utilized a vacuum system that can achieve a working vacuum of 0.01 Pa for a total propellant mass flow rate lower than 40 mg/s and a target thrust stand. The thruster tests were carried out to measure the effects of the working parameters such as propellant flow rates, the discharge current, and the strength of applied magnetic field on the performance and to allow appropriate analysis. The thruster could be operated continuously for significant periods of time with little erosion on the hollow cathode surface. The maximum power of the thruster is 100 kW, and the performance of this water-cooled configuration is comparable with that of thrusters reported in the literature.

The goal of this protocol is to introduce the design of a 100 kW class applied-field magnetoplasmadynamic thruster and relevant experimental methods.

Un 100 KW clase campo aplicado Magnetoplasmadynamic hélice de proa

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Thermocapillary Convection Space Experiment on the SJ-10 Recoverable Satellite

Thermocapillary convection is an important research subject in microgravity fluid physics. The experimental study on surface waves of thermocapillary convection in an annular liquid pool is one of the 19 scientific experimental projects on the SJ-10 recoverable satellite. Presented is a design for a payload for space experimental study on thermocapillary convection that includes the experimental model, measurement system, and control system. The specifics for the construction of an experimental model of an annular liquid pool with variable volume ratios is provided. The fluid temperatures are recorded by six thermocouples with a high sensitivity of 0.05 &#176;C at different points. The temperature distributions on the liquid free surface are captured by means of an infrared thermal camera. The free surface deformation is detected by a displacement sensor with a high accuracy of 1 &#181;m. The experimental process is fully automated. The research is focused on thermocapillary oscillation phenomena on the liquid-free surface and convective pattern transitions through analyses of experimental data and images. This research will be helpful to understand the mechanism of thermocapillary convection and will offer further insights into the nonlinear characteristics, flow instability, and bifurcation transitions of thermocapillary convection.

A protocol for the space payload design, the space experiment on thermocapillary convection, and analyses of experimental data and images are presented in this paper.

Experimento espacial de convección termocapilar en el satélite recuperable SJ-10

Thermocapillary convection is an important research subject in microgravity fluid physics. The experimental study on surface waves of thermocapillary ...

Optimized Sealing Process and Real-Time Monitoring of Glass-to-Metal Seal Structures

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to demonstrate a novel protocol to characterize and measure residual stress in a glass-to-metal seal structure without destroying the insulation and hermeticity of sealing materials. In this research, a femto-laser inscribed fiber Bragg grating sensor is used. The glass-to-metal seal structure that is measured consists of a metal shell, sealing glass, and Kovar conductor. To make the measurements worthwhile, the specific heat treatment of metal-to-glass seal (MTGS) structure is explored to obtain the model with best hermeticity. Then, the FBG sensor is embedded into the path of sealing glass and becomes well-fused with the glass as the temperature cools to RT. The Bragg wavelength of FBG shifts with the residual stress generated in sealing the glass. To calculate the residual stress, the relationship between Bragg wavelength shift and strain is applied, and the finite element method is also used to make the results reliable. The online monitoring experiments of residual stress in sealing glass are carried out at different loads, such as high temperature and high pressure, to broaden functions of this protocol in harsh environments.

Key procedures to optimize the sealing process and achieve real-time monitoring of the metal-to-glass seal (MTGS) structure are described in detail. The embedded fiber Bragg grating (FBG) sensor is designed to achieve online monitoring of temperature and high-level residual stress in the MTGS with simultaneous environmental pressure monitoring.

Proceso de sellado optimizado y monitoreo en tiempo real de estructuras de sello de vidrio a metal

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to ...