Development of Measurement Methods for Testing of Hydrokinetic Devices to Evaluate the Environmental Effect on Local Substrate

Modifications and upgrades to the hydraulic flume facility in the Environmental Fluid Mechanics and Hydraulics Laboratory (EFM&H) at Bucknell University are described. These changes enable small-scale testing of model marine hydrokinetic(MHK) devices. The design of the experimental platform provides a controlled environment for testing of model MHK devices to determine their effect on localsubstrate. Specifically, the effects being studied are scour and erosion around a cylindrical support structure and deposition of sediment downstream from the device.

Hydraulic Performance of the Denitrification Bioreactor

Denitrification bioreactors, also known as woodchip bioreactors, are a new strategy for improving drainage water quality before these flows arrive at local streams, rivers, and lakes. A bioreactor is an excavated, woodchip-filled pit that is capable of supporting native microbes that convert nitrate in the drainage water to nitrogen gas. The idea of these edgeof-field treatment systems is still relatively new, meaning it is important for investigations to be made into how to design these “pits” and to determine how drainage water moves through the woodchips. Because the bioreactor at the ISU Northeast Research Farm (NERF) is one of the best monitored bioreactor sites in the state, it provided an ideal location to not only monitor bioreactor nitrate-reduction performance, but also to investigate design hydraulics.

Infiltración y erosión

Esta monografía se enmarca en el manejo de los recursos hídricos en grandes redes de riego. En ella se describe el caso del río Mendoza, en la provincia homónima, el que fuera regulado en el año 2002. Este río nace en la Cordillera de los Andes, y presenta un importante arrastre de sólidos en suspensión, los que actualmente son retenidos en gran medida por el embalse Potrerillos. Las “aguas claras" que se erogan del embalse producen problemas erosivos, los que a su vez estarían ocasionando una mayor infiltración en los canales, y con ello un incremento en la recarga de acuíferos en ciertas zonas, así como problemas derivados del ascenso de la freática en otras. Se citan procesos ocurridos en otros distritos de riego frente a la regulación de los ríos, para concluir que el del río Mendoza es un caso susceptible de sufrir ciertos per-juicios, ya señalados en la Manifestación General de Impacto Ambiental del embalse Potrerillos, los que actualmente se están presentando en la red de riego. A partir de los estudios de sedimentología en el río Mendoza, se hace un análisis técnico de los fenómenos asociados al cambio de las características físicas del agua. Luego se describen los procesos erosivos, de acuerdo con la hidráulica clásica. Se define la Eficiencia de conducción (Ec), la infiltración en canales y su importancia en distintos distritos de riego, para luego mencionar los estudios realizados en el área del río Mendoza. Se analiza el desarrollo espacial que ha tenido el oasis, la escasa programación que tuvo su traza y la antigüedad de la misma. La descripción de los suelos permite concluir acerca de la importancia de su estructura y del papel que juegan las porciones finas, aún en minoría, que integran las distintas clases texturales con respecto a la Ec. Se describen los criterios con que se distribuye el agua en Mendoza, analizándose los caudales distribuidos actualmente, para relacionarlos con los niveles freáticos. Se mencionan además distintas acciones encaradas por la provincia para mitigar los efectos de las aguas claras. El análisis de los métodos utilizados para medir la Ec, permite apreciar el estado de la ciencia al respecto. Un análisis de las ventajas y de las desventajas de los distintos métodos, y de los resultados que con ellos se obtienen, permite concluir que el método de entradas y salidas es el que mejor se adapta en Mendoza, incluyendo además aspectos metodológicos de la medición. También se concluye en que la Ec. está insuficientemente evaluada; las fracciones finas de los suelos en muchos casos gravitan más que la textura frente a la Ec; por ello, se considera que el estudio de la Ec en las distintas áreas de manejo es necesario para entender los procesos de revenición y recarga de acuíferos, y que las pérdidas administrativas pueden gravitar más que la Ec. Se recomienda continuar con los trabajos de evaluación de Ec, al ser necesarios para todas las actividades en la cuenca; se desaconseja en este río el ajuste de modelos de predicción de Ec; las características de los suelos obligan a interpretar y aplicar con criterio la bibliografía internacional, pero aún así no se pueden hacer generalizaciones acerca de de la Ec en Mendoza.

Laboratory investigation of flow structure and resistance of high- and low-angle dunes

A prominent control on the flow over subaqueous dunes is the slope of the downstream leeside. While previous work has focused on steep (~30°), asymmetric dunes with permanent flow separation, little is known about dunes with lower lee-slope angles for which flow separation is absent or intermittent. Here, we present a laboratory investigation where we systematically varied the dune lee-slope, holding other geometric parameters and flow hydraulics constant, to explore effects on the turbulent flow field and flow resistance. Three sets of fixed dunes (lee-slopes of 10°, 20° and 30°) were separately installed in a 15 m long and 1 m wide flume and subjected to 0.20 m deep flow. Measurements consisted of high-frequency, vertical profiles collected with a Laser Doppler Velocimeter (LDV). We show that the temporal and spatial occurrence of flow separation decreases with dune lee-slope. Velocity gradients in the dune leeside depict a free shear layer downstream of the 30° dunes and a weaker shear layer closer to the bed for the 20° and 10° dunes. The decrease in velocity gradients leads to lower magnitude of turbulence production for gentle lee-slopes. Aperiodic, strong ejection events dominate the shear layer, but decrease in strength and frequency for low-angle dunes. Flow resistance of dunes decreases with lee-slope; the transition being non-linear. Over the 10°, 20° and 30° dunes, shear stress is 8%, 33% and 90 % greater than a flat bed, respectively. Our results demonstrate that dune lee-slope plays an important, but often ignored role in flow resistance.

Steps Ahead in the Few-Group CRoss-Section Library Generation at the Pin Level

There exists an interest in performing pin-by-pin calculations coupled with thermal hydraulics so as to improve the accuracy of nuclear reactor analysis. In the framework of the EU NURISP project, INRNE and UPM have generated an experimental version of a few group diffusion cross sections library with discontinuity factors intended for VVER analysis at the pin level with the COBAYA3 code. The transport code APOLLO2 was used to perform the branching calculations. As a first proof of principle the library was created for fresh fuel and covers almost the full parameter space of steady state and transient conditions. The main objective is to test the calculation schemes and post-processing procedures, including multi-pin branching calculations. Two library options are being studied: one based on linear table interpolation and another one using a functional fitting of the cross sections. The libraries generated with APOLLO2 have been tested with the pin-by-pin diffusion model in COBAYA3 including discontinuity factors; first comparing 2D results against the APOLLO2 reference solutions and afterwards using the libraries to compute a 3D assembly problem coupled with a simplified thermal-hydraulic model.

Assessment of CTF boiling transition and critical heat flux modeling capabilities using the OECD/NRC BFBT and PSBT benchmark databases

The need to refine models for best-estimate calculations, based on good-quality experimental data, has been expressed in many recent meetings in the field of nuclear applications. The modeling needs arising in this respect should not be limited to the currently available macroscopic methods but should be extended to next-generation analysis techniques that focus on more microscopic processes. One of the most valuable databases identified for the thermalhydraulics modeling was developed by the Nuclear Power Engineering Corporation (NUPEC), Japan. From 1987 to 1995, NUPEC performed steady-state and transient critical power and departure from nucleate boiling (DNB) test series based on the equivalent full-size mock-ups. Considering the reliability not only of the measured data, but also other relevant parameters such as the system pressure, inlet sub-cooling and rod surface temperature, these test series supplied the first substantial database for the development of truly mechanistic and consistent models for boiling transition and critical heat flux. Over the last few years the Pennsylvania State University (PSU) under the sponsorship of the U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) has prepared, organized, conducted and summarized the OECD/NRC Full-size Fine-mesh Bundle Tests (BFBT) Benchmark. The international benchmark activities have been conducted in cooperation with the Nuclear Energy Agency/Organization for Economic Co-operation and Development (NEA/OECD) and Japan Nuclear Energy Safety (JNES) organization, Japan. Consequently, the JNES has made available the Boiling Water Reactor (BWR) NUPEC database for the purposes of the benchmark. Based on the success of the OECD/NRC BFBT benchmark the JNES has decided to release also the data based on the NUPEC Pressurized Water Reactor (PWR) subchannel and bundle tests for another follow-up international benchmark entitled OECD/NRC PWR Subchannel and Bundle Tests (PSBT) benchmark. This paper presents an application of the joint Penn State University/Technical University of Madrid (UPM) version of the well-known subchannel code COBRA-TF, namely CTF, to the critical power and departure from nucleate boiling (DNB) exercises of the OECD/NRC BFBT and PSBT benchmarks

Optimización de la succión de sólidos sumergidos utilizando bombas centrífugas con velocidad variable

La acumulación de material sólido en embalses, cauces fluviales y en zonas marítimas hace que la extracción mecánica de estos materiales por medio de succión sea cada vez mas frecuente, por ello resulta importante estudiar el rendimiento de la succión de estos materiales analizando la forma de las boquillas y los parámetros del flujo incluyendo la bomba. Esta tesis estudia, mediante equipos experimentales, la eficacia de distintos dispositivos de extracción de sólidos (utilizando boquillas de diversas formas y bombas de velocidad variable). El dispositivo experimental ha sido desarrollado en el Laboratorio de Hidráulica de la E.T.S.I. de Caminos, C. y P. de la Universidad Politécnica de Madrid. Dicho dispositivo experimental incluye un lecho sumergido de distintos tipos de sedimentos, boquillas de extracción de sólidos y bomba de velocidad variable, así como un elemento de separación del agua y los sólidos extraídos. Los parámetros básicos analizados son el caudal líquido total bombeado, el caudal sólido extraído, diámetro de la tubería de succión, forma y sección de la boquilla extractora, así como los parámetros de velocidad y rendimiento en la bomba de velocidad variable. Los resultados de las medidas obtenidas en el dispositivo experimental han sido estudiados por medio del análisis dimensional y con métodos estadísticos. A partir de este estudio se ha desarrollado una nueva formulación, que relaciona el caudal sólido extraído con los diámetros de tubería y boquilla, caudal líquido bombeado y velocidad de giro de la bomba. Así mismo, desde el punto de vista práctico, se han analizado la influencia de la forma de la boquilla con la capacidad de extracción de sólidos a igualdad del resto de los parámetros, de forma que se puedan recomendar que forma de la boquilla es la más apropiada. The accumulation of solid material in reservoirs, river channels and sea areas causes the mechanical extraction of these materials by suction is becoming much more common, so it is important to study the performance of the suction of these materials analyzing the shape of the nozzles and flow parameters, including the pump. This thesis studies, using experimental equipment, the effectiveness of different solids removal devices (using nozzles of different shapes and variable speed pumps). The experimental device was developed at the Hydraulics Laboratory of the Civil University of the Polytechnic University of Madrid. The device included a submerged bed with different types of sediment solids, different removal nozzles and variable speed pump. It also includes a water separation element and the solids extracted. The key parameters analyzed are the total liquid volume pumped, the solid volume extracted, diameter of the suction pipe, a section of the nozzle and hood, and the parameters of speed and efficiency of the variable speed pump. The basic parameters analyzed are the total liquid volume pumped, the removed solid volume, the diameter of the suction pipe, the shape and cross-section of the nozzle, and the parameters of speed, efficiency and energy consumed by the variable speed pump. The measurements obtained on the experimental device have been studied with dimensional analysis and statistical methods. The outcome of this study is a new formulation, which relates the solid volume extracted with the pipe and nozzle diameters, the pumped liquid flow and the speed of the pump. Also, from a practical point of view, the influence of the shape of the nozzle was compared with the solid extraction capacity, keeping equal the rest of the parameters. So, a recommendation of the best shape of the nozzle can be given.

Application of a dynamic event tree methodolgy to steam generator tube rupture sequences

The Integrated Safety Assessment (ISA) methodology, developed by the Spanish Nuclear Safety Council (CSN), has been applied to a thermo-hydraulical analysis of a Westinghouse 3-loop PWR plant by means of the dynamic event trees (DET) for Steam Generator Tube Rupture (SGTR) sequences. The ISA methodology allows obtaining the SGTR Dynamic Event Tree taking into account the operator actuation times. Simulations are performed with SCAIS (Simulation Code system for Integrated Safety Assessment), which includes a dynamic coupling with MAAP thermal hydraulic code. The results show the capability of the ISA methodology and SCAIS platform to obtain the DET of complex sequences.

Caracterización de variables geoespaciales mediante teledetección multiespectral y su integración en la modelización hidráulica de la cuenca del río Tinguiririca (Chile)

Este proyecto tiene como objetivo ampliar, mediante la caracterización espectral y multitemporal por técnicas de teledetección y medidas in situ, el estudio del corredor fluvial para el río Tinguiririca en Chile. Consiste en estudiar la cobertura del terreno, evaluar su dinámica de cambio e identificar zonas de acumulación de materiales de alteración hidrotermal arcillosos y óxidos de hierro, presentes en la cuenca durante las últimas tres décadas que puedan explicar su evolución temporal. Se pretenden obtener nuevas variables geoespaciales que ayuden a comprender las posibles causas de variación del cauce, elaborando cartografía para una posterior fase de investigación mediante modelización hidráulica que vaya dirigida a paliar el impacto de las riadas periódicas. Para ello, se han empleado, tratado y explotado imágenes de los sensores remotos TM, ETM+, OLI y TIRS tomadas en un período comprendido entre 1993 y 2014, que se han contrastado con perfiles batimétricos, datos GPS, supervisión y muestreo tomados sobre el terreno. Se ha realizado así mismo, un estudio prospectivo de caso sobre cómo afectarían las variables obtenidas por teledetección a la modelización hidráulica, en particular, la rugosidad, proponiendo un marco metodológico global de integración de las tres técnicas: sistemas de información geográfica, teledetección y modelización hidráulica. ABSTRACT This project aims to develop the study of Tinguiririca River corridor in Chile, through spectral characterization and multitemporal remote sensing and other measurements. This involves studying the land cover, its dynamic changes and identifies clayey materials and iron oxides accumulations of hydrothermal alteration, present in the basin during the last three decades to explain their evolution. It aims to obtain new geospatial variables in order to understand the possible causes of channel variation, developing mapping to a later research stage using hydraulic modeling so as to mitigate the impact of periodic floods. In this way, it has used processed and exploited images of TM, ETM +, OLI and TIRS remote sensing, taken in a period between 1993 and 2014 which it has been compared with bathymetric profiles, GPS, monitoring and sampling data collected in the field . It has done a prospective study about the variables obtained condition on hydraulic modeling, roughness in particular, proposing IX a complete methodological framework about the integration of the three techniques: geographic information systems, remote sensing and modeling hydraulics

Caracterização da estrutura turbulenta em escoamentos aerados em canal de forte declividade com auxílio de técnicas de velocimetria a laser

Este trabalho é continuação da linha de pesquisa em escoamentos de alta velocidade, aerados, conduzida no departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC/USP. O trabalho tem cunho experimental visando elucidar aspectos de enlaçamento de ar pela água, como resultado das flutuações turbulentas do escoamento do líquido. Medidas de vazão de ar e água, perfis de velocidade do escoamento líquido, perfis de concentração de ar no escoamento bifásico, perfis de intensidade turbulenta, comprimentos de jatos no salto sobre o aerador, foram efetuados com o fito de testar modelos que quantificam o enlaçamento de ar. Propostas básicas de quantificação de vazões de ar são apresentadas, fundamentadas em propostas da literatura, que mostram coerência entre vazões medidas diretamente e vazões estimadas. A metodologia desenvolvida no presente estudo permite obter adequadamente as grandezas relevantes para escoamentos aerados de alta velocidade. Quanto aos resultados obtidos, quando confrontados com os da literatura, indicam que há maiores incertezas para as propostas que envolvem principalmente as intensidades turbulentas.

Calibração de redes de distribuição de água pelo método inverso aplicado a escoamento transiente

Desenvolve-se um método para estimar os parâmetros de uma rede hidráulica a partir de dados observados de cargas hidráulicas transientes. Os parâmetros físicos da rede como fatores de atrito, rugosidades absolutas, diâmetros e a identificação e quantificação de vazamentos são as grandezas desconhecidas. O problema transiente inverso é resolvido utilizando uma abordagem indireta que compara os dados disponíveis de carga hidráulica transiente observados com os calculados através de um método matemático. O Método Transiente Inverso (MTI) com um Algoritmo Genético (AG) emprega o Método das Características (MOC) na solução das equações do movimento para escoamento transiente em redes de tubos. As condições de regime permanente são desconhecidas. Para avaliar a confiabilidade do MTI-AG desenvolvido aqui, uma rede-exemplo é usada para os vários problemas de calibração propostos. O comportamento transiente é imposto por duas manobras distintas de uma válvula de controle localizada em um dos nós da rede. Analisam-se, ainda, o desempenho do método proposto mediante a variabilidade do tamanho do registro transiente e de possíveis erros de leitura nas cargas hidráulicas. Ensaios numéricos realizados mostram que o método é viável e aplicável à solução de problema inverso em redes hidráulicas, sobretudo recorrendo-se a poucos dados observados e ao desconhecimento das condições iniciais de estado permanente. Nos diversos problemas de identificação, as informações transientes obtidas da manobra mais brusca produziu estimações mais eficientes.

Abordagem experimental para avaliação de manobras de navios em modelos físicos de espaços náuticos.

Em um mercado de comércio internacional cada vez mais competitivo existe a necessidade de a infraestrutura do sistema portuário brasileiro modernizar-se, tornando-se mais eficiente do ponto de vista operacional e com capacidade para receber navios de maior porte. Neste cenário, as técnicas de projeto de espaços náuticos precisam ser revistas, utilizando-se de ferramentas mais sofisticadas que permitam otimizar os dimensionamentos sem deixar de lado as questões da eficiência e, principalmente, da segurança operacional. O presente trabalho apresenta uma abordagem experimental para análise do projeto das dimensões de canais de acesso e bacias portuárias, fundamentada no desenvolvimento de um simulador de manobras de navios em modelo físico de escala reduzida, denominado Simulador Analógico de Manobras SIAMA 2014. Além disso, é proposto um sistema completo para avaliação das condições de manobrabilidade de espaços náuticos portuários, desde a calibração da ferramenta de simulação, até a verificação de cenários complexos e situações de emergência. O SIAMA 2014 e o sistema desenvolvido foram aplicados em um estudo de caso, que contou com a participação de práticos e autoridades portuárias na realização de simulações de manobras para verificação das condições de atracação no novo berço do Terminal Portuário Marítimo de Ponta da Madeira, em São Luís do Maranhão. Os resultados deste estudo foram apresentados e discutidos, de forma a mostrar a importância da utilização de modelos físicos reduzidos na simulação de manobra de navios.

Leaching and selected hydraulic properties of processed oil shales /

Mode of access: Internet.

Results of a joint U.S.A./U.S.S.R. hydrodynamic and transport modeling project /

"February 1979."

Boiling water reactor technology status of the art report / [edited by C. Victor Pearson].

"Reactor technology."