Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.3
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pp.194-200
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2009
Suspension of a single solid particle in a channel flow with a constant pressure gradient is studied numerically. The interaction of a circular particle with a surrounding Newtonian fluid is formulated using a combined formulation. Numerical results are presented using two dimensionless variables: the sedimentation Reynolds number and the generalized Froude number. From the present results, it has been shown that a solid particle is suspended at a smaller generalized Froude number as the viscosity of the surrounding fluid increases. The time taken for equilibrium position is found to be smaller as fluid viscosity increases when both : the sedimentation Reynolds number and the generalized Froude number are the same while, at the same situation, the dimensionless time taken for equilibrium position is to be nearly the same regardless of fluid viscosity when a dimensionless time variable is introduced
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.214-224
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1990
A "two-fluid" model using thermal eddy diffusivity concept and Lumley's drag reduction theory, is proposed to analyze heat transfer of the turbulent dilute gas-particle flow in a vertical pipe with constant wall heat flux. The thermal eddy diffusivity is derived to be a function of the ratio of the heat capacity-density products .rho. over bar $C_{p}$ of the gaseous phase and the particulate phase and also of the ratio of thermal relaxation time scale to that of turbulence. The Lumley's theory dictates the variation of the viscous sublayer thickness depending on the particle loading ratio Z and the relative particle size $d_{p}$/D. At low loading ratio, the size of viscous sublayer thickness is important for suspension heat transfer, while at higher loading, the effect of the ratio .rho. $_{p}$ over bar $C_{p}$$_{p}$/ .rho. $_{f}$ over bar $C_{p}$$_{f}$ is dominant. The major cause of decrease in the suspension Nusselt number at lower loading ratio is found to be due to the increase of the viscous sublayer thickness caused by the suppression of turbulence near the wall by the presence of solid particles. Predicted Nusselt numbers using the present model are in satisfactory agreements with available experimental data both in pipe entrance and the fully developed regions.
Kim, Myung-Ho;Ryu, Gyong-Won;Min, Seong-Ki;Hwang, Ki-Young
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.745-749
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2011
Two-dimemsional liquid-solid multiphase fluid dynamics was used to analyze the suspension and mix of liquid fuel and solid particles in fuel tank installed mixing impeller. In this paper, the multiphase flow was modeled using Eulerian Grandular Multiphase model. Experimental measurements of the axial distribution of solids concentration in stirred tanks under 12vol% solid loading were used for comparison with the CFD simulation. Four cases for the impeller location and flow pumping direction also were reviewed under 10.5% solids loading and 700rpm in fuel mix tank. The result of quality of suspension was compared with each cases and the impeller location and operation of mixing fuel tank was established.
연안 및 해안공학의 발달과 더불어 부유식방파제의 기능적 효율성이 중요시 되고 있다. 흔히 사용되어오던 착저식방파제는 설치에 많은 시간과 경비가 소요되고 환경 및 생태계에 많은 변화를 줄 수 있으며, 설치 예정지의 수리학적 특성 등의 여건에 많은 제약을 받는 단점이 있다. 부유식방파제는 일본 등의 선진국을 중심으로 활용이 잦아지고 있는 방파제로서 수면 위에 설치되기 때문에 수중 생태계에 미치는 영향이 적은 친환경방파제이다. 또한 기존에 시공된 중력식방파제와는 달리 수심에 제한을 덜 받고, 공사기간이 짧기 때문에 경제적이다. 실제 시공사례로는 2007년 마산 원전항에 완공된 부유식방파제가 대표적이며, 지금까지도 부유식방파제에 대한 여러 연구자들의 관심이 증가하고 있는 추세이다. 방파제뿐만 아니라 우리나라처럼 국토의 면적이 작은 지역에서 증가하는 해상물동량을 소화하기 위해서 부유식방파제 등을 이용한 항만의 시공이 필요한 실정이다. 이러한 부유식방파제의 분석적인 측면에 있어서 수치해석은 파랑과 구조물의 상호작용을 해석하는 데 한계가 있으며, 부유식방파제 단면형상을 정확하게 재현할 수 없으므로, 수리모형실험을 통한 부유식방파제의 연구가 필요할 것으로 판단된다. 최근 기술의 발달로 인한 유동장 해명이 가능해 졌으며, PIV(Particle image velocimetry) 및 LDV시스템은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히, LDV시스템은 측정하려는 한 지점에 대하여 레이저 빔을 단면(Cross-section)으로 만들고 입자의 산란광을 후방산란(Back scatter)으로 받아서 도플러 효과를 이용, 속도에 대한 주파수를 획득하며, 유속을 측정하는 장비로 매우 높은 정확도와 비접촉식 이라는 장점을 가지고 있다. 또한, PIV 시스템에 비하여 측정시간이 오래 걸리는 반면 데이터를 가공하지 않고 활용할 만큼 높은 정확성을 가지고 있다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통하여 단독형, 2열형 및 3열형 부유식방파제의 형상, 흘수 및 거리를 변화시키며 유동장을 수집하였으며, 방파성능에 따른 와의 생성 및 소멸시점에서의 파랑변형과의 관계를 분석하였다. 방파제의 형상과 흘수를 달리하여 수리모형실험을 수행하였으며, 와류의 상관관계를 분석하였다. 또한, 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형을 이용하여 수치모형실험을 수행하였으며, 수치모형실험 결과와 수리모형실험 결과를 비교 분석하였다. 후방방파제에서 발생되는 파랑은 입사파의 주기가 길어질수록 상대적으로 커지는 현상을 보였으며, 흘수심이 깊어질수록 전방방파제 입사 면에서 자유 수면이 높게 관측되는 결과를 보였다. 또한, 비교적 장주기파랑에 해당하는 입사파랑의 경우 전달파고비 산정에 있어서 설계기준인 0.5를 대다수 초과하는 반면, 3열형 구조에서는 대부분이 0.5이하로 상당히 높은 방파성능 결과를 나타내었다.
Seo, Il Won;Park, Inhwan;Kim, Young Do;Han, Eun Jin
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.103-103
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2015
유류유출사고와 같이 하천 수표면의 흐름에 따라 이동 확산하는 부유성 오염물질의 혼합해석을 위해 많은 연구자들은 입자추적모형을 사용한 혼합모의를 수행해왔다. 입자추적모형에서 오염물질의 혼합은 평균 유속 분포에 의한 결정론적인 이동과 난류유동에 의한 무작위적인 혼합으로 나타내며, 난류혼합에 의한 수평확산은 난류확산계수로 조절한다. 따라서 표면흐름에 의한 난류확산계수의 산정을 위해 많은 연구자들은 부유성 입자를 이용한 실내실험을 수행하여 수평확산계수를 산정했고(Engelund, 1969; Cederwall, 1971), 최근에는 GPS의 발전으로 인해 해양영역에서 GPS를 장착한 표면부자를 활용한 확산실험을 통해 수평확산계수를 산정한 바 있다(Kjellson and $D{\ddot{o}}{\ddot{o}}s$, 2012; Alpers 등, 2013). 하천수질오염사고의 약 43.5%가 유류유출에 의한 것이며(환경부, 2013), 이에 따라 표면흐름에 의한 오염물질 혼합해석이 필요하나, 하천에서 수평확산계수 산정을 위한 현장실험연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류에서 GPS부자를 이용한 입자추적실험을 수행하여 표면흐름에 의한 확산계수를 산정했다. GPS부자를 이용한 입자추적실험은 낙동강의 강정고령보 하류와 구미보 하류의 각각 세 지점에서 수행되었다. GPS부자는 바람에 의한 교란을 최소화하기 위해 지름 10 cm의 구형으로 제작하였으며 시범테스트를 통해 입자의 주 궤적 변화가 크지 않은 지점에 GPS부자를 투입했다. GPS부자는 오염물질의 사고유출을 가정하여 한 지점에 투입했고 GPS부자 사이의 간섭을 최소화하기 위해 25 ~ 35개의 GPS부자를 이용했다. 표면흐름에 의해 이동하는 부자의 위치는 GPS에 시계열로 저장됐고 ADCP를 이용하여 실험당시의 수리량을 측정했다. 입자위치의 시계열자료로부터 GPS부자의 확산범위의 시간변화를 계산했고 단순 모멘트법을 이용하여 종, 횡 방향 확산계수를 계산했다. 그 결과, 종 방향 확산계수는 $0.003{\sim}0.041m^2/s$로 계산되었고 횡 방향 확산 계수는 $0.001{\sim}0.012m^2/s$로 계산되어, 흐름방향의 유속성분에 의한 확산이 지배적인 것으로 나타났다. 지류 합류부에서는 이송이 지배적인 혼합이 발생되었고(Pe>1) Pe의 증가에 따라 수평확산계수가 감소되었다. 25~35개 GPS부자 궤적의 앙상블 평균으로부터 계산한 Integral time scale은 모멘트법으로부터 계산한 종, 횡 방향 확산계수와 비례하는 것으로 나타나, Taylor(1921)의 이론과 일치했다. 또한 실험수로에서 수행된 기존연구결과와 비교한 결과, 하폭 대 수심비, 마찰항의 증가에 따라 수평확산계수가 증가하는 경향을 나타내었다.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.15
no.1
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pp.1-8
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2012
To arrange effectively artificial reefs for marine afforestation, tidal currents were analyzed by numerical experiments, and particle tracking based upon tidal currents were carried out to clarify the path of algae spore. The experiments were carried out by EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code), and water column was vertically divided 10 layers. Tidal current patterns showed to be affected by main current at outside of study area, and circle currents of two were observed from analysis of residual currents. Particle tracking were experimented for 15 days at 2 installation places in which artificial reefs for marine afforestation would be deployed. According to the results of particle tracking experiment, particle movement at St.1 showed belt type along coastal line, and St.2 showed ellipse type at 300~500 m distant from coastal line. It suggest that artificial reefs for marine afforestation should be installed belt zone at station of St.1 and ellipse zone at St.2. Modelling algae transport was also tested to account for local dispersion of algae spore due to the suspended materials.
Experimental study has been conducted to evaluate characteristics of particle laden flows at the ratio of channel diameter to particle diameter (B = 14.9, 21.6 and 55). Particle velocities and radial concentrations are obtained using a microscope Nd:YAG laser and cooled CCD camera. Results show that there are relative velocities between the fluid and the particles at B = 14.9. It is also observed that the particles are accumulated at r=$0.5\∼0.82R$, with R being tile tube radius, and particle migration occurs at small Reynolds number, by comparing with the results obtained in macro scale. This gives optimal factors for designing microfluidic channels for cell or Particle separation, particle focusing, and so on.
Doh, D.H.;Sang, J.W.;Hwang, T.G.;Pyeon, Y.B.;Baek, T.S.
Proceedings of the KSME Conference
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2004.11a
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pp.1574-1579
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2004
A simultaneous measurement system that can analyze the flow-structure interactions(FSI) has been constructed and analyses on the flow field and the motion field of a floating cylinder was made. The three-dimensional vector fields around the cylinder are measured by 3D-PTV technique while the motion of the cylinder forced by the flow field is measured simultaneously with a newly developed motion tracking algorithm(bidirectional tracking algorithm). The cylinder is pendant in the working fluid of a water channel and the surface of the working fluid is forced sinusoidal to make the cylinder bounced. The interaction between the flow fields and the cylinder motion is examined quantitatively.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.4
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pp.63-70
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2017
ZPP (Zirconium-Potassium Perchlorate) is type of primary charge initiators for PMD (Pyrotechnic Mechanical Device) system. The binder component dissolved in the solvent is precipitated to suspended particles in the granules. The LabRAM Mixer uses resonance phenomenon to transfer energy, unlike blade equipment that utilizes mechanical contact. In this study, the properties of the particles prepared by the LabRAM Mixer were evaluated with the changes of the conditions.
Kang, Yong;Lee, Kyung Il;Shin, Ik Sang;Son, Sung Mo;Kim, Sang Done;Jung, Heon
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.3
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pp.451-464
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2008
Three-phase inverse fluidized bed has been widely adopted with its increasing demand in the fields of bioreactor, fermentation process, wastewater treatment process, absorption and adsorption processes, where the fluidized or suspended particles are small or lower density comparing with that of continuous liquid phase, since the particles are frequently substrate, contacting medium or catalyst carrier. However, there has been little attention on the three-phase inverse fluidized beds even on the hydrodynamics. Needless to say, the information on the hydrodynamics and transport phenomena such as heat and mass transfer in the inverse fluidized beds has been essential for the operation, design and scale-up of various reactors and processes which are employing the three-phase inverse beds. In the present article, thus, the information on the three-phase inverse fluidized beds has been summarized and reorganized to suggest a pre-requisite knowledge for the field work in a sense of engineering point of view. The article is composed of three parts; hydrodynamics, heat and mass transfer characteristics of three-phase inverse fluidized beds. Effects of operating variables on the phase holdup, bubble properties and particle fluctuating frequency and dispersion were discussed in the section of hydrodynamics; effects of operating variables on the heat transfer coefficient and on the heat transfer model were discussed in the section of heat transfer characteristics ; and in the section of mass transfer characteristics, effects of operating variables on the liquid axial dispersion and volumetric liquid phase mass transfer coefficient were examined. In each section, correlations to predict the hydrodynamic characteristics such as minimum fluidization velocity, phase holdup, bubble properties and particle fluctuating frequency and dispersion and heat and mass transfer coefficients were suggested. And finally suggestions have been made for the future study for the application of three-phase inverse fluidized bed in several available fields to meet the increasing demands of this system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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