Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.4
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pp.369-376
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2016
In this study, a numerical analysis framework for investigating the nonlinear behavior of structures under fire conditions is presented. In particular, analysis procedure combining fire-driven flow simulation and thermo-mechanical analysis is discussed to investigate the mechanical behavior of fire-exposed representative volume structures made of steel and concrete, respectively. First of all, fire-driven flow analysis is conducted using Fire Dynamics Simulator(FDS) in a rectangular parallelepiped domain containing the structure. The FDS simulation yields the time history of temperature on the surface of the structure under fire conditions. Second, mechanical responses of the fire-exposed structure with respect to prescribed uniformly distributed loads are calculated by a coupled thermo-mechanical analysis using the time-varying surface temperature as boundary conditions. Material nonlinearities of steel and concrete have been considered in the thermo-mechanical analysis. A series of numerical results are presented to demonstrate the feasibility of the multiphysics structural fire analysis for investigating the structural behavior under fire conditions.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.10
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pp.710-716
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2013
New and renewable energy sources have drawn attention because of climate change. Many studies have been carried out in waste-to-energy field. Fast pyrolysis of waste lignocelluosic biomass is one of the waste-to-energy technologies. Bubbling fluidized bed (BFB) reactor is widely used for fast pyrolysis of the biomass. In BFB pyrolyzer, bubble behavior influences on the chemical reaction. Accordingly, in the present study, hydrodynamic characteristics and fast pyrolysis reaction of waste lignocellulosic biomass occurring in a BFB pyrolyzer are scrutinized. The computational fluid dynamics (CFD) simulation of the fast pyrolysis reactor is carried out by using Eulerian-Granular approach. And two-stage semi-global kinetics is applied for modeling the fast pyrolysis reaction of waste lignocellulosic biomass. To summarize, generation and ascendant motion of bubbles in the bed affect particle behavior. Thus biomass particles are well mixed with hot sand and consequent rapid heat transfer occurs from sand to biomass particles. As a result, primary reaction is observed throughout the bed. And reaction rate of tar formation is the highest. Consequently, tar accounts for 66wt.% of the product gas. However, secondary reaction occurs mostly in the freeboard. Therefore, it is considered that bubble behavior and particle motions hardly influences on the secondary reaction.
Jung-Wook, Park;Li, Zhuang;Jeong Seok, Yoon;Chan-Hee, Park;Changlun, Sun;Changsoo, Lee
Tunnel and Underground Space
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v.32
no.6
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pp.568-585
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2022
In the present study, we proposed a numerical method for simulating thermally induced fracture slip using a grain-based distinct element model (GBDEM). As a part of DECOVALEX-2023, the thermo-mechanical loading test on a saw-cut rock fracture conducted at the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology was simulated. In the numerical model, the rock sample including a saw-cut fracture was represented as a group of random Voronoi polyhedra. Then, the coupled thermo-mechanical behavior of grains and their interfaces was calculated using 3DEC. The key concerns focused on the temperature evolution, thermally induced principal stress increment, and fracture normal and shear displacements under thermo-mechanical loading. The comparisons between laboratory experimental results and the numerical results revealed that the numerical model reasonably captured the heat transfer and heat loss characteristics of the rock specimen, the horizontal stress increment due to constrained displacement, and the progressive shear failure of the fracture. However, the onset of the fracture slip and the magnitudes of stress increment and fracture displacement showed discrepancies between the numerical and experimental results. We expect the numerical model to be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOVALEX-2023 Task G and validated in further study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.375-381
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2010
In this paper, the heat-transfer characteristics of steam reforming in an annular reactor are presented. Heat is supplied by the catalytic combustion of syn-gas. The thermal behaviors of exothermic and endothermic reactions in a directly coupled concentric-tube packed-bed reactor were investigated experimentally. The gas mixture supplied for catalytic combustion consisted of the off-gas emitted from MCFC anode. Methane in steam at a suitable S/C (steam-to-carbon) ratio was used in the reforming reactions. On the basis of the experimental results, a simple simulation was performed to predict the temperature profile required in the reforming side of the reactor to achieve optimum hydrogen yield. The results of this study may be utilized as reference data in future studies for further development of coupled reactors.
Thermally induced phase separation (TIPS) and nonsolvent induced phase separation (NIPS) were simultaneously induced for the preparation of flat PVDF membranes. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was used as a solvent and dibutyl-phthlate (DBP) was used as a diluent for PVDF. When PVDF was melt blended with NMP and DBP, crystallization temperature was lowered for TIPS and unstable region was expanded for NIPS. Ratio of solvent to diluent changed the phase separation mechanism to obtain the various membrane structures. Contact mode of dope solution with nonsolvent determined the dominant phase separation behavior. Since heat transfer rate was greater than mass transfer rate, surface structure was formed by NIPS and inner structure was by TIPS. Quenching temperature of dope solution also affected the phase separation mechanism and phase separation rate to result in the variation of structure.
In this study, we developed the electric heating equipment and applied for soft ground improvement. The developed heat pipe is 4 m-length and consumes 1 kW/m, which is consisted of Ni-Cr wire. It was installed in 3.5~4.5 m below ground surface and heated for 96 hours (48 hours, 2 times). The temperature variation and vapor pressure caused by electric heating was measured by the thermometer and pressure gauge which were installed in the ground (5.0 m), and the tip resistances were measured by static electronic piezo-cone penetration test (CPT). As the results of experiments, 2-order polynomial curve was shown to adjust the variation of tip resistance and the temperature distribution with the horizontal distance from electric heater, whose R2 value is close to 1. In addition, in-situ pore-water pressure and water content was decreased.
Park, Moon-Seo;Lee, Chul-Ho;Min, Sun-Hong;Kang, Shin-Hyung;Choi, Hang-Seok
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.800-807
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2010
In this study, a series of numerical analyses has been performed in order to evaluate the performance of a full-scale closed-loop vertical ground heat exchanger constructed in Wonju. The circulation pipe HDPE, borehole and surrounding ground were modeled using FLUENT, a finite-volume method (FVM) program, for analyzing the heat transfer process of the system. Two user-defined functions (UDFs) accounting for the difference in the temperatures of the circulating inflow and outflow water and the change of the surrounding ground temperature with depth were adopted in the FLUENT model. The thermal properties of materials estimated in laboratory were used in the numerical analyses to compare the thermal efficiency of the cement grout with that of the bentonite grout used in the construction. The results of the simulation provide a verification of the in situ thermal response test data. The numerical model with the ground thermal conductivity of 4W/mK yielded the simulation result closer to the in-situ thermal response test than with the ground thermal conductivity of 3W/mK. From the results of the numerical analyses, the effective thermal conductivities of the cement and bentonite grouts were obtained to be 3.32W/mK and 2.99 W/mK, respectively.
Kim, Hyung-Jun;Kim, Hyung-Jun;Min, Byung-Youl;Lee, Jae-Sung;Park, Soo-Yong
Fire Science and Engineering
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v.25
no.1
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pp.63-71
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2011
When it comes to slim floor using asymmetric H-beam, it was designed that the steel member is embedded in concrete with relatively low thermal conductivity so as to minimize the deterioration of rigidity of steel member in fire. But given the bottom flange of asymmetric H-beam is directly exposed to the fire, the measure of applying the fireproof coating to improve the fire rate performance of slim floor beam was sought. The test was aimed at comparing the fireproof performance by adjusting the load ratio of 0.4 and 0.3, and The test was carried out to identify the 3-hour fire performance by reinforcing the beam as well as applying the fireproof coat, In the wake of comparing the specimen depending on variation of load ratio, lowering load ratio by 0.1 resulted in difference of 12 minutes and deflection was 39 mm. It was able to improve 12 minutes by reinforcing the beam and up to 102.4 mm in deflection.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.5
no.3
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pp.213-220
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2007
Appropriate numerical models for the simulation of off-gas flow in hot area of the vitrification plant have been developed in this study. The models have been applied to analyze the effect of design parameters of real plant and numerical analyses have been performed for CCM(Cold Crucible Melter), pipe cooler and HTF(High Temperature Filter). At first, the effect of excess oxygen and the ratio of oxygen distribution on combustion characteristics in the CCM has been studied. Next, solidification behavior of radio nuclide in the pipe cooler has been numerically modeled and scrutinized. Finally, flow pattern in accordance with the location of off-gas entrance of the HTF has been compared.
Park Seung-Chul;Kim Byong-Ryol;Shin Sang-Woon;Lee Jin Wook;Kang Won Gu;Hong Seok Jin
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2005.11a
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pp.69-78
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2005
Appropriate numerical models for the simulation of off-gas flow in hot area of the vitrification plant have been developed in this study. The models have been applied to analyze the effect of design parameters of real plant and numerical analyses have been performed for CCM(Cold Crucible Melter), pipe cooler and HTF(High Temperature Filter) At first, the effect of excess oxygen and the ratio of oxygen distribution on combustion characteristics in the CCM has been studied. Next, solidification behavior of radio nuclide In the pipe tooler has been numerically modeled and scrutinized. Finally, flow pattern In accordance with the location of off-gas entrance of the HTF has been compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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