この作品は韓国の政府によって資金を供給された韓国 (NRF) グラントの国立研究財団によって支えられた (MSIP: 科学省、ICT および将来計画) (号NRF-2016M2B2A9911771)。

1。 実験手順 4 , 5 , 6 <ol><li>準備ステップ <ol><li>実験施設を確認します。テスト マトリックスをもとに、慎重にテスト マトリックス テスト条件、LOCA サイズ、SBL サイズ、サイフォン ブレーカーの種類、実験前にオリフィスの有無などを確認します。また、テスト データのノイズや誤動作することがなく計測および施設のコンポーネントが適切に動作することを確認する</li>。
		<li>下部タンクの内部にインストール リターン ポンプを使用して水で上部タンクを入力します</li>。
		<li>は、SBL 内の残留空気を削除します。SBL から残留空気を削除する真空ポンプとバッファーを使用します</li>。
		<li>は、上部タンクの初期水位を確認します。タンクに接続されている定規を使用します</li>。
	</ol></li> <li>テスト ステップ <ol><li>配管システムの終わりにバルブを開きます</li>。
		<li>サイフォン破壊現象の中に水位、流量、圧力の変化などの測定データをチェック制御室のデータ集録システムを使用しています。冷却水の流出が存在しない場合、最初の実験は終了します。最後に、特定のテスト条件で得られた実験結果を記録します</li>。
	</ol></li> <li>テストの変数 (SBL サイズ、LOCA サイズ、オリフィスのプレゼンス、およびロカ位置) を次のように変更します。
	<ol><li>変更 SBL のサイズを 2、2.5、3、4、5、および 6 に引き続いて; 指定された SBL が位置第 2 図 2 フランジ継手による主なパイプに接続されています 。
		注: SBL、LOCA サイズ、オリフィスの存在など、実験の変数は、ボルトとナットでフランジ継手を使用して変更されます。したがって、これらのプロセスは手動で実施します</li>。
		<li>1.1.1 - 1.2.2 すべて SBL サイズ実験が行われるまでの手順を繰り返します</li>。
		<li>位置 1、ロカとは、6、8、10、12、14、16 インチに引き続いてロカ サイズを変更; 指定された減速機は 図 2 の位置 3 にフランジ継手による主な管に接続されています</li>。
		<li>1.1.1 - 1.3.2 すべてロカ サイズ実験が行われるまでの手順を繰り返します</li>。
		<li>オリフィス (または削除、オリフィス) 上部タンクの下部フランジ継手によるメインのパイプに接続されているインストールします 。
		注: 前の手順の実験はオリフィスの不在 (有無) によって運ばれてきた。したがって、オリフィス必要がありますをインストール (または削除) 次の実験のため。
		<ol><li>にこの作業を行うには、上部タンクの中の水がないことを確保します</li>。
		</ol></li> <li>1.1.1 - 1.3.4 の手順を繰り返します。オリフィスの存在 (か不在) 下 SBL とロカのサイズの効果を確認するには、前の手順を繰り返します</li>。
		<li>は、ロカの位置 1 を前の手順の実験を行ったと位置は 2 にロカを変更します。次の実験のロカの位置を変更します 。
		注: 実験のセットアップでは、2 つのロカ位置が構築されます。分離バタフライ バルブ各ロカ パイプは、主配管システムに接続されます。
		<ol><li>ロカの位置を変更するロカ位置 1 分離バタフライ弁を閉じるし、ロカ位置 2 のバルブを開く</li>。
		</ol></li> <li>手順 1.1.1 - 1.3.6</li>。
	</ol></li></ol> 2。シミュレーション プログラムを実行する <ol><li>サイフォン ブレーカー シミュレーション プログラムを実行するプログラムのアイコンをクリックします 。
	メモ: 手順については 補足のビデオ 1 で説明します。示すように、シミュレーション プログラムの初期画面は 4 つのボタン (表示パラメーター、実行、マニュアル、および終了) で構成されます。ユーザーがクリックすると、&#39; パラメーターを表示 &#39; ボタン、新しいコマンド ウィンドウが開き、パラメーターのリストが含まれています。ユーザーは変更し、変数の数値を確認することができます。&#39; 実行 &#39; ボタンが含まれている式に入力パラメーターを代入して計算を実行します。&#39; マニュアル &#39; ボタンは、使用状況とプログラムのバージョンを通知するため、&#39; 出口 &#39; プログラムを終了するボタン。結果に示すように、&#39; 結果の表示 &#39; windows</li>。
	<li>をクリックして、&#34; をパラメーター &#34; ボタン</li>。
	<li>指定したシミュレーション条件を考慮した入力データを変更します</li>。
	<li>をクリックして、&#34; を実行 &#34; ボタン</li>。
	<li>水位グラフの形状を確認してください、&#39; 結果の表示 &#39; ウィンドウ。プログラムは、時間と、結果の値を整理し、自動的にグラフがプロットします。
	<ol><li>グラフの形状、サイフォンの破壊の可能性を視覚的に確認した; 速報サイフォンは与えられた条件の下で可能な水位または高さのクロスモダル最後まで同じ値を常にある場合。 図 3 を参照してください</li>。
	</ol></li> <li>その他の出力をチェックイン、&#39; 結果の表示 &#39; ウィンドウ。(水位、クロスモダル高さ、圧力、水の速度、風速、気液混合物の速度、数量、および摩擦) 出力をチェックする 8 つのオプションがあることに注意してください。チェック ボックスを使用してグラフの種類を選択します 。
	注: 時間のそれぞれの値の変更は、グラフを見ることができるので、一目でサイフォンの破壊現象を把握する簡単だ</li>。
	<li>をクリックして時間によって出力の特定の値を確認、&#34; 特定の時間で計算する &#34; ボタン。希望の時間を入力し、設定した時間に従って結果をチェックします</li>。
	<li>をクリックしてすべてのシミュレーション結果データを保存、&#34; データを保存 &#34; ボタン 。
	注: 結果は、テキスト ファイルの形式で保存され、シミュレートされた条件は一緒に保存されます</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>

著者が明らかに何もありません。

サイフォン ブレーカーは、パイプの破断事故が発生したときに冷却剤の損失を防ぐために使用される受動的運営の安全装置。ただし、実機研究用原子炉の実験はないために、現代的な研究用原子炉に適用することは困難です。このため、POSTECH とえりで実大実験を行った。実験の目的は、サイフォン速報を実大のサイズで可能にして識別するために影響を与える要因を吸い上げる速報を確認?...

ヨルダンの研究と訓練リアクター (JRTR) キジャン研究炉 (KJRR) などの平板状燃料を使用して原子炉の数が最近増加しています。プレート型燃料を簡単に接続するためには、研究用原子炉は、コア下降流を必要とします。研究用原子炉では、一次冷却系の正味の正吸引頭を必要とするので、いくつかの冷却システムのコンポーネントは原子炉の下インストール潜在的でした。ただし、以下の原子炉の一次冷却装置のパイプ破断が発生すると、サイフォン効果は原子炉の空気への暴露につながる冷却水の連続的な排水を引き起こします。これは余熱できない削除し、重大な事故につながる可能性があることを意味します。したがって、冷却事故 (ロカ) 紛失は、重大な事故を防ぐことができる安全装置が必要です。サイフォンのブレーカーは、そのような安全装置です。それは、空気の流入を使用して排水を効果的に防ぐことができます。全体のシステムは、システムを破壊するサイフォンと呼ばれます。
研究炉の安全性の向上のためのいくつかの研究が行われています。マクドナルドとテン1は、積極的に営業のブレーカーとしてバルブを壊すサイフォンの性能を確認するために実験を行った。ニールとステファン2は、小型のパイプで受動的操作デバイスとしてサイフォンのブレーカーを使用して、実験を行った。櫻井3は、完全独立した空気水フロー モデルを適用した速報サイフォンを分析するための解析モデルを提案しました。
速報サイフォンは、考慮する必要があります多くのパラメーターがあるので非常に複雑です。さらに、実規模の研究用原子炉の実験が行われないために、現代的な研究用原子炉に先行研究を適用する困難です。したがって、以前の研究は、サイフォンを壊すため満足な理論モデルを提示していません。このため、理論的なモデルを確立する実大実験を行った。
浦項科学技術 (POSTECH)、韓国原子力研究所 (えり)4,5 大学によって行われた実規模検証実験研究用原子炉にサイフォン ブレーカーの影響を調べるためには、 ,6。図 1は、サイフォン ブレーカー実験のため実際の施設です。施設の概略図を図 2に示し、施設マークが含まれています。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig1.jpg"> 
図 1。実証実験を壊すサイフォン施設。主配管サイズは 16 で、観察用アクリル ウィンドウがインストールされています。オリフィスは圧力損失を記述するための仕組みも用意です。したがって、上部タンクの下部にオリフィス アセンブリ部分があります。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55972/55972fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55972/55972fig2.jpg"> 
図 2。実験施設の概略図。測定ポイントの場所が表示されます。数字には、これらの関連する場所。サイフォン ブレーカーの入り口は 0 を返してポイント、ポイント 1 水レベルを示します、サイフォン ブレーカーとメイン配管との接続部分を意味する 2 ポイントおよびポイント 3 を意味する、LOCA を配置します。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55972/55972fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
サイフォン ブレーカーの実験施設は上部タンク、下部タンク、配管システム、およびリターン ポンプから成っています。上のタンクの容量は 57.6 m3です。下部エリアと深さは、それぞれ 14.4 m2 (4 m × 3.6 m) と 4 m。下部タンクとロカの位置は、上部タンクの下に位置する 8.3 m です。下のタンクの容量は 70 m3です。下部のタンクは、実験中に水を格納する使用されます。下部のタンクは、リターン ポンプに接続されます。下のタンクの水は、上部のタンクに注入されます。配管システムの主配管サイズは、16 です。サイフォン ブレーカー ライン (SBL) の最後は下段のパイプの上に位置する 11.6 m ポイントを破裂します。さらに、図 1に示すように、アクリル窓は可視化用のパイプにインストールされます。
いくつかのデバイスは、物理的な信号を測定するインストールされました。2 つの絶対圧力トランスデューサー (ピンズ) および 3 つの差動圧力トランスデューサー (Dpt) 使用されました。水の質量流量を測定するには、超音波流量計は使用されました。データ集録システムは、時間間隔 250 ms ですべての計測データを取得に使用されました。測定機器に加えて観測用カメラを設置、定規の水のレベルをチェックする、上部タンクの内壁についた。
実験では、様々 なロカとサイフォン ブレーカー (SB) サイズ、サイフォンのブレーカーの種類 (線/穴) と原子炉の燃料とパイプ破断点に関するオリフィスの存在を考えられていた。ロカと SBL のサイズ、ロカと SBL の様々 なサイズの効果を検証するために使用されました。16 で 2 〜 6 の SBL サイズで 6 〜 ロカ サイズ。実験では、サイフォン ブレーカーの線と穴の種類は、使用されたが、本研究の次のコンテンツのみを考慮して JRTR と KJRR で使用される SBL 型。実験結果の例としては、図 3は、圧力と水、流量データを含むグラフは。2013 年 10 月 4 日に実験を行った、実験データのサンプルは LN23 (ライン型 SB、ないオリフィス ロカ、SBL の 2.5 の 12)。
実験データからサイフォン現象を予測できる理論が設立されました。理論モデルはベルヌーイの式から始まります。流体の速度はベルヌーイの式から得られるし、体積流量はパイプ領域による流体の速度を乗算することによって取得できます。さらに、水のレベルは、体積流量を使用して取得できます。理論的なモデルの基本的なコンセプトは上記。ただし、サイフォン現象は二相流なので考慮すべき追加点があります。二相流解析モデルを検討するには、, 精度評価実験を行った.チザム モデルの均質なモデルよりもより正確な頃、チザム モデル現象を分析するため。チザム社のモデルによると二相乗算式は方程式 17として表されます。この方程式で ф 二相の乗数を表します、ρ は密度を表す、X は品質を表します。
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55972/55972eq1.jpg">(1)
p クラス ="jove_content"> で、チザム モデル質量流量によって変化する係数 B が含まれていた。最終的に、チザム係数 B と原子炉設計条件の相関式の導出は、理論的モデルの重要なポイントです。つまり、実験のもう一つの目的は設計条件とチザム係数 b. 間の関係を確立するデータを取得、テスト結果から設計条件とチザム係数 B との相関式が設立されました。サイフォン現象をも破壊を予測する結果の理論的モデルが開発されました。
さらに、シミュレーション プログラムのグラフィック ユーザー インターフェイス (GUI) が開発されました。図 3に絶対圧データの移行による現象は 3 つの段階に分けることができます: クーラント (単相流)、サイフォン速報 (二相流)、および定常状態の損失。したがって、アルゴリズムの主な計算プロセスには、実際の現象の 3 つの段階に対応する 3 つの手順が含まれます。計算過程を含むシミュレーション プロセスを記述する全体のアルゴリズムは図 48に表示されます。
ソフトウェアを使用して (ビデオの補足 1参照) シミュレーションを開始するには、ユーザーが入力した設計条件に対応する入力パラメーターと入力パラメーターは固定値として格納されます。ユーザーは、パラメーターを入力後シミュレーションを続行、プログラムは最初のステップの計算を実行します。最初のステップは、サイフォン効果によりクーラントのパイプ破断後の損失計算は、単相の計算です。変数 (ベルヌーイの式、質量流量保存、等) のように理論的なモデルによって自動的に計算し、計算を実行して、ユーザーによって入力されたパラメーターから。計算結果は、ユーザーの指定した時間単位によるとコンピューターのメモリに順次格納されます。
場合は水位下がる位置 0 に、それは空気がこの瞬間、SBL に突入だすのでを単相流れを終了することを意味します。したがって、単相流の最初のステップは、水レベル 0 の位置に到達するまで続行されます。水のレベルは、0 の位置には、場合、undershooting の高さはゼロ。Undershooting の高さは、サイフォンの中断の後、SBL の入り口、上部タンクの水位の高低差です。つまり、高さのクロスモダル速報サイフォンの中にどのくらい水位が減少したことを示します。したがって、undershooting の高さは冷却材喪失量の直接定量法が許可されるため、重要なパラメーターであります。その結果、プログラムは、undershooting の高さによると最初のステップの計算の終わりを決定します。
Undershooting の高さが 0 より大きい場合、プログラムは二相流をシミュレートすることができます 2 番目のステップの計算を実行します。ステージを壊すサイフォンで水と空気の流れがあるために、両流体の物性を考慮されなければなりません。そのため、二相の乗数、品質、およびボイド率の値はこの計算手順でと見なされます。特別に、ボイド率の値は、終了 2 番目のステップの計算の基準として使用されます。空隙率は、空気の合計に空気の流れと水の流れの比率として表現できます。ボイド率 (α) 値が 0.9 以上になるまで、2 番目のステップの計算が行われます。Α が 0.9 以上と、3 番目のステップ計算を実行して定常状態を表します。Α はサイフォンを破る終了基準に理論的には、この時点でパイプ内の空気だけが存在するために 1 を =。しかし、このプログラムを壊すサイフォンの終了条件は α = 0.9 計算プロセスに任意のエラーを回避します。したがって、結果の部分的な損失は避けられないが、このエラーは無視することができます。
定常計算は、ユーザーによって設定された時間中に行われます。以上、変更は、定常状態の特徴として、計算結果の値は、常に一定。サイフォンの破壊に成功した場合、上部タンクの水の最後のレベル特定の値は、ゼロではないのままになります。しかし、サイフォン速報が正常に実行されない場合、クーラントがほとんど失われる、水の最終的なレベル値がゼロに近づきます。したがって、定常状態における水位値 0 の場合、指定された設計条件がサイフォンの破壊を完了するのに十分ではないことを示します。
計算後、ユーザーはさまざまな方法で結果を確認できます。結果は、サイフォンを破り、進行状況、および特異性を壊すサイフォンのステータスを表示します。シミュレーション プログラムは、予測し現象を現実的に分析し、サイフォン ブレーカー システムの設計を支援できます。この紙、実験プロトコル、実験とシミュレーション プログラムのアプリケーションの結果が掲載されています。

<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

研究用原子炉の設計条件下で配管破断によるサイフォン現象は、水の連続的な外へ向かう流れを可能性があります。この流出を防ぐためには、制御装置が必要です。サイフォン ブレーカーは、冷却水の損失を効果的に制御することが出来、安全装置の一種です。
速報サイフォンの特性を分析し、実大実験を行った。実験の結果からサイフォン現象に影響を与えるいくつかの設計要素があることが分かった。したがって、予測、様々 な設計条件下での現象を速報サイフォンを分析することができる理論的なモデルを開発する必要があります。実験データを使用して、進行状況、サイフォン現象を速報の結果を正確に予測する理論モデルを定式化することが可能だった。確立された理論モデルは流体力学に基づいており、二相流の解析チザム モデルが組み込まれています。ベルヌーイの式、速度、量、高さ、水位、圧力、摩擦係数、および二相流に関連する要因のクロスモダルでしたが取得または計算されました。さらに、本研究で確立モデルを利用するサイフォン ブレーカー解析・設計プログラムを開発しました。シミュレーション プログラムは、理論モデルに基づいて動作し、グラフとして結果を返します。ユーザーは、グラフの形状を確認することによって壊すサイフォンの可能性を確認できます。さらに、全体のシミュレーションの結果の保存が可能、システムを破壊する本物サイフォンを分析するため、リソースとして使用されることができます。
結論として、ユーザーは、サイフォンを壊すと本研究で開発したプログラムを使用してサイフォン ブレーカー システム設計の状態を確認できます。

速報サイフォンの全体のプロセスは、3 つの段階で構成されます。最初の段階は、サイフォン効果により冷却材の流出です。第二段階は、サイフォンの破壊と呼ばれる、冷却剤の損失をブロックする SBL の空気の流入を開始するプロセスです。サイフォン破壊現象は、図 3の絶対圧の急激な増加として見なすことができます。絶対圧が急速に増加?...

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Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

サイフォン現象を実験し、理論的なモデルを提案しました。理論的モデルに基づくシミュレーション プログラムを開発し、プログラムのシミュレーション結果は実験結果と比較した.シミュレーション プログラムの結果の実験結果がよく一致することがわかった。

研究用原子炉のサイフォン ブレーカー実験とシミュレーションに関する研究

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

Research

JoVE Journal

Engineering

8.7K ビュー.  Handong Global University. サイフォン現象を実験し、理論的なモデルを提案しました。理論的モデルに基づくシミュレーション プログラムを開発し、プログラムのシミュレーション結果は実験結果と比較した.シミュレーション プログラムの結果の実験結果がよく一致することがわかった。

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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.

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

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

工学

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.

高性能爆薬の研究開発

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.

検出とパラジウムの回収は、都市鉱山からの金やコバルト金属は、ナノスケールワゴンホイール形の細孔を有する指定小説センサ/吸着剤を使用しました

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.

色素の実験とシミュレーションを使用したベッドフォームを通じてHyporheicフローの可視化

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.

シートメタル成形プロセスの知識ベースのクラウドFEシミュレーション

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.

研究と教育学のための生体分子モデルの3Dプリント

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.

米国陸軍研究所で一括ナノ多結晶金属の処理

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.

100 KW 級適用フィールド ノズル形状スラスター

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.

SJ-10回収衛星における熱キャピラリー対流宇宙実験

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.

ガラスから金属へのシール構造の最適化されたシールプロセスとリアルタイムモニタリング

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 ...

研究用原子炉のサイフォン ブレーカー実験とシミュレーションに関する研究

研究用原子炉のサイフォンブレーカー実験とシミュレーションに関する研究