An experimental study was carried out to study the solid-liquid mixture upward flow in a vertical and inclined annulus with rotating inner cylinder. Lift forces acting on a fluidized particle plays a central role in many importance applications, such as the removal of drill cuttings in horizontal drill holes, sand transport in fractured reservoirs, sediment transport and cleaning of particles from surfaces, etc. Field measurements have revealed that the pressure drop over a borehole during drilling of a slim oil well or a well with a long reach can depend significantly on the rotation speed of the drill pipe. An accurate prediction of the annular frictional pressure drop is therefore important for conditions where the annular clearance is small. Effect of annulus inclination and drill pipe rotation on the carrying capacity of drilling fluid, particle rising velocity, and pressure drop in the slim hole annulus have been measured for fully developed flows of water and of aqueous solutions.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.13
no.4
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pp.1-7
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2011
The paper concerns numerical study of fully developed laminar flow of a Newtonian water and non-Newtonian fluids, 0.2% aqueous of sodium carboxymethyl cellulose(CMC) solution in eccentric annuli with combined bulk axial flow and inner cylinder rotation. Pressure losses and skin friction coefficients have been measured when the inner cylinder rotates at the speed of 0~200 rpm. A numerical analysis considered mainly the effects of annular eccentricity and inner cylinder rotation. The present analysis has demonstrated the importance of the drill pipe rotation and eccentricity. In eccentricity of 0.7 of a Newtonian water, the flow field is recirculation dominated and unexpected behavior is observed. it generates a strong rotation directed layer, that two opposing effects act to create two local peaks of the axial velocity. The influences of rotation, radius ratio and working fluid on the annular flow field are investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.9
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pp.2953-2964
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1996
Heat Transfer with periodic fluctuation of fluid temperature caused by oscillatory flow or compression expansion can be out of phase with balk fluid-wall temperature difference. Newton's law of convection is inadequate to describe this phenomenon. In order to solve this problem the concept of the complex Nusselt number has been introduced by severla researchers. The complex Nusselt number expresses out of phase excellently while the first harmonic is dominant in the variations of both fluid-wall temperature difference and heat flux. However, in the case of oscillatory flow with non-linear wall temperature distribution, the complex Nusselt number is not appropriate to predict the heat transfer phenomena since the higher order harmonic components appear in periodic temperature variation. Analytic solutions to the heat transfer with an sinusoidal well temperature distribution were obtained to investagate the effect of non-linear wall temperature distribution. A new formula considering the thermal boundary layer was suggested based on the solutions. A comparison was also made with the complex Nusselt number. It was verified that the new formula describes well the heat transfer of oscillating flow even if the first harmonic component is not dominant in the fluid-wall temperature difference.
Kim, Young-Ju;Han, Sang-Mok;Woo, Nam-Sub;Hwang, Young-Kyu
Journal of Energy Engineering
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v.18
no.2
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pp.87-92
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2009
An experimental investigation is conducted to study a 2-phase vertically upward hydraulic transport of solid particles by water and non-Newtonian fluids in a slim hole concentric annulus with rotation of the inner cylinder. Rheology of particulate suspensions in viscoelastic fluids is of importance in many applications such as particle removal from surfaces, transport of proppants in fractured reservoir and cleaning of drilling holes, etc. In this study, a clear acrylic pipe was used in order to observe the movement of solid particles. Annular velocities varied from 0.3 m/s to 2.0 m/s. The mud systems included fresh water and CMC solutions. Main parameters considered in the study were inner-pipe rotation speed, fluid flow regime and particle injection rate. A particle rising velocity and pressure drop in annulus have been measured for fully developed flows of water and of aqueous solutions. For both water and 0.2% CMC solutions, the higher the concentration of the solid particles is, the larger the pressure gradients become.
A safety valve has a valve mechanism for the automatic release of gas from piping system when the pressure exceeds preset limit cause of a defect of a pressure regulator, condensation of water in a pipe. Therefore, for the safety of pressure regulating station, it is essential to study the flow regime and characteristics of safety valve. This article presents the numerical analysis on the flow analysis, the ejection capacity and required effective discharge area of the safety valve that is established in pressure regulating station. Then, the results are compared and analyzed with domestic and foreign regulations such as API(America Petroleum Institute), EN(European Standard), and NF(Norme Francise). Moreover, the installation number of safety valve is considered by using domestic and foreign regulations and maximum reguired effective discharge area of safety valve.
Kim, Tae-Young;Jeon, Gyu-Mok;Ock, Dae-Kyung;Park, Jong-Chun
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.20
no.2
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pp.107-116
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2017
When drilling operation is being performed, many physical and chemical changes are occurred near wellbore. To handle various changes of well condition and keep drilling process safe, additives of bulk, such as bentonite for increasing density of drilling mud, barite for increasing viscosity of drilling mud, polymer for chemical control, or surfactant, are added into drilling mud through a mud shear mixer. Because the achievement of the required material property through mud mixing system is essential to stabilize drilling system, it is of importance to analyze multi-phase flow during mud mixing process, which is directly related to increase mixing performance of the system and guarantee the safety of the whole drilling system. In this study, a series of liquid-solid flow simulation based on a computational fluid dynamics (CFD) are performed with comparing to solid concentration in experiment by Gilles et al. [2004] to understand the characteristics of liquid-solid mixing in a mud shear mixer. And then, the simulation-based design of shear mixer are carried out to improve mixing performance in a mud handling system.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.3
no.2
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pp.18-24
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2000
A two-dimensional numerical method for inviscid two-fluid flows with a significant entrainment into both directions is established, and the oil leakage from a non-pressurized underwater pipe is studied. The interface between two fluids is modeled at a vortex sheet. The flow field and the subsequent interface evolution are solved by using the vortex-in-cell method. For longer flow simulation with a realistic two fluids interaction, an efficient merging scheme is introduced. In the Boussinesq limit, the speed of the external fluid intrusion into the pipe is very close to the existing mathematical models, and the lock exchange is observed in spite of a significant roll-up of the interface and entrainments. It is believed that the developed method can be utilized effectively for further detailed studies on various two-fluid flows which are encountered in many different marine oil spill problems.
Kim, Young-Ju;Hwang, Young-Kyu;Kwon, Hyuk-Jung;Suh, Byung-Taek;Hwang, In-Ju
Proceedings of the KSME Conference
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2001.11b
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pp.324-329
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2001
This experimental study concerns the characteristics of a transitional flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one rotating. The pressure losses and skin-friction coefficients have been measured for the fully developed flow of $0.1\sim0.4%$ aqueous solution of sodium carbomethyl cellulose (CMC), respectively at inner cylinder rotational speed of $0\sim600rpm$. The transitional flow has been examined by the measurement of pressure losses to reveal the relation of the Reynolds and Rossby numbers with the skin-friction coefficients. The present results show that the skin-friction coefficients have the significant relation with the Rossby numbers, only for laminar regime. The occurrence of transition has been checked by the gradient changes of pressure losses and skin-friction coefficients with respect to the Reynolds numbers. The increasing rate of skin-friction coefficients due to the rotation in uniform for laminar flow regime, whereas it is suddenly reduced for transitional flow regime and, then, is gradually declined for turbulent flow regime. Consequently, the critical(axial-flow) Reynolds number decrease as the rotational speed increases. Thus, the rotation of inner cylinder promotes the early occurrence of transition due to the onset of taylor vortices.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.8
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pp.905-910
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2013
The flow analysis has been made by applying the turbulent models in the helically coiled tubes of heat transfer. The k-${\varepsilon}$ and Spalart-Allmaras turbulent models are used in which the structured grid is applied for the simulation. The velocity vector, the pressure contour, the change of residuals along the iteration number and the friction factors are simulated by solving the Navier-Stokes equations to make clear the Reynolds number effect. The helical tube increases the centrifugal forces by which the wall shear stress become larger on the outer side of the tube. The centrifugal force makes the heat transfer rate locally larger due to the increase of the flow energy, which finds out the close relationship between the pressure drop and friction factor in the internal flow. The present numerical results are compared with others, for example, in the value of friction factor for validation.
The effects of gas velocity and solid circulation rate on the axial solid holdup distribution have been determined in a 10 mm-I.D. ${\times}$ 800 mm-high circulating fluidized bed plasma reactor under reduced pressure (1torr). Polystyrene polymer powder and nitrogen gas are used as solid and gas materials respectively. The change of solid circulation rate by a large gas flow rate of the riser (40~80 sccm) is also possible by a relatively small gas flow rate of the solid recirculation part (6.6~9.9 sccm). The solid circulation rate in the reactor under reduced pressure increases with increasing aeration velocity in the solid recirculation part. The axial solid holdup in the riser decreases from the dense at the bottom to the dilute phase at the top section of the riser. Solid holdups at the axial positions in the riser increase linearly with increasing solid circulating velocity. From these results, we could determine the position of plasma load for good plasma ignition, maintain and plasma reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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