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Feasibility Study of Pressure Letdown Energy Recovery from the Natural Gas Pressure Reduction Stations in South Korea (한국의 천연가스 도시정압기지에서 감압에너지 회수에 대한 타당성 연구)

  • Yoo, Han Bit;Hong, Seongho;Kim, Hyo
    • Journal of the Korean Institute of Gas
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    • v.19 no.3
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    • pp.9-17
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    • 2015
  • Almost all of the natural gas consumed in South Korea is compressed into very high pressure for the transportation through the underground pipelines, then reduced in pressure regulation stations before delivery to the consumer. For pressure reduction, expansion valves have been used due to the simple and effective installation, but recover none of the energy in the gas during compression. Hence, turbo-expanders are proposed instead of the valves to accomplish the same pressure letdown function and recover some of the compression energy in the form of shaft work converting into electric powers. Here we have theoretically calculated the electric powers at the pressure reduction from 68.7 bar to 23 bar (which are the average values taken at the inlet and outlet points of the expansion valve in medium-pressure regulation stations) according to the inlet conditions of temperature and flow rate. The natural gas is considered as two cases of a pure methane and the mixture of hydrocarbons with a very small amount of nitrogen, and the Peng-Robinson equation of state is employed for the calculation of required thermodynamic properties. The electric energy is recovered as much as 1596 MW(methane) and 1567 MW(mixture) based on the total supply of natural gas in 2013.

Observation of Ignition Characteristics of Coals with Different Moisture Content in Laminar Flow Reactor (층류 반응기를 이용한 수분함량에 따른 석탄 휘발분의 점화 특성에 관한 연구)

  • Kim, Jae-Dong;Jung, Sung-Jae;Kim, Gyu-Bo;Chang, Young-June;Song, Ju-Hun;Jeon, Chung-Hwan
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.35 no.5
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    • pp.451-457
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    • 2011
  • The main objective of this study is to investigate the variation in the ignition characteristics of coals as a function of moisture content in a laminar flow reactor (LFR) equipped with a fuel moisture micro-supplier designed by the Pusan Clean Coal Center. The volatile ignition position and time were observed experimentally when a pulverized coal with moisture was fed into the LFR under burning conditions similar to those at the exit of the pulverizer and real boiler. The reaction-zone temperature along the centerline of the reactor was measured with a $70-{\mu}m$, R-type thermocouple. For different moisture contents, the volatile ignition position was determined based on an average of 15 to 20 images captured by a CCD camera using a proprietary image-processing technique. The reaction zone decreased proportionally as a function of the moisture content. As the moisture content increased, the volatile ignition positions were 2.92, 3.36, 3.96, and 4.65 mm corresponding to ignition times of 1.46, 1.68, 2.00, and 2.33 ms, respectively. These results indicate that the ignition position and time increased exponentially. We also calculated the ignition-delay time derived from the adiabatic thermal explosion. It showed a trend that was similar to that of the experimental data.

Spectral Infrared Signature Analysis of the Aircraft Exhaust Plume (항공기 배기 플룸의 파장별 IR 신호 해석)

  • Gu, Bonchan;Baek, Seung Wook;Yi, Kyung Joo;Kim, Man Young;Kim, Won Cheol
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.42 no.8
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    • pp.640-647
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    • 2014
  • Infrared signature of aircraft exhaust plume is the critical factor for aircraft survivability. To improve the military aircraft survivability, the accurate prediction of infrared signature for the propulsion system is needed. The numerical analysis of thermal fluid field for nozzle inflow, free stream flow, and plume region is conducted by using the in-house code. Weighted Sum of Gray Gases Model based on Narrow Band with regrouping is adopted to calculate the spectral infrared signature emitted from aircraft exhaust plume. The accuracy and reliability of the developed code are validated in the one-dimensional band model. It is found that the infrared radiant intensity is relatively more strong in the plume through the analysis, the results show the different characteristic of the spectral infrared signature along the temperature, the partial pressure, and the species distribution. The continuous spectral radiant intensity is shown near the nozzle exit due to the emission from the nozzle wall.

A Study on Engine Health Monitoring using Linear Gas Path Analysis for Turboprop Engine (선형 GPA 기법을 이용한 터보프롭 엔진의 성능진단에 관한 연구)

  • 공창덕;신현기;기자영
    • Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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    • v.3 no.4
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    • pp.93-103
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    • 1999
  • The steady-state performance analysis program for turboprop engine which was used for a small, middle industrial aircraft and a basic trainer aircraft was developed and linear Gas Path Analysis method was applied to Engine Health Monitoring for Turboprop engine. This program was compared with TURBOMARCH program which is well known with performance and power according to flight Mach No. at the standard atmospheric condition to prove a steady-state performance analysis program. From the result, inlet, exit temperature and pressure of each component had error within 3% and especially power according to flight Mach No. had error within 2.4% so that this program could be assured. To make sure if linear Gas Path Analysis is reasonable four cases were selected. The first is the case that fouling is occurred in compressor only. The second is the case that fouling is occurred in compressor and erosion is occurred in turbine. The third is the case that erosion is occurred in both compressor and turbine and power turbine at the same time. Finally, the case that fouling and erosion are occurred in compressor, compressor turbine and power turbine was selected. Different parameters were selected impartially among the independent parameters so that the effect of measurement parameter selection was observed. From the result, the more measurement parameters the smaller RMS error and even though the number of measurement parameters was the same, the RMS error was obtained differently according to which measurement parameters were selected. The case using eight instrument parameters of case IV-4 had small error comparably and was economic and it was important to select optimal number of measurement and optimal measurement parameters.

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A Study of Cold Flow Characteristics of a Flue Gas Recirculation Burner using Coanda Nozzles (코안다 노즐을 이용한 배기가스 재순환 버너의 냉간 유동 특성에 관한 연구)

  • Ha, Ji Soo;Park, Chan Hyuk;Shim, Sung Hun;Jung, Sang Hyun
    • Journal of Energy Engineering
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    • v.25 no.4
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    • pp.152-158
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    • 2016
  • Nitrogen oxide is generated by the chemical reaction of oxygen and nitrogen in higher temperature environment of combustion facilities. The NOx reduction equipment is generally used in the power plant or incineration plant and it causes enormous cost for the construction and maintenance. The flue gas recirculation method is commonly adopted for the reduction of NOx formation in the combustion facilities. In the present study, the computational fluid dynamic analysis was accomplished to elucidated the cold flow characteristics in the flue gas recirculation burner with coanda nozzles in the flue gas recirculation pipe. The inlet and outlet of flue gas recirculation pipes are directed toward the tangential direction of circular burner not toward the center of burner. The swirling flow is formed in the burner and it causes the reverse flow in the burner. The ratio of flue gas recirculation flow rate with the air flow rate was about 2.5 for the case with the coanda nozzle gap, 0.5mm and it was 1.5 for the case with the gap, 1.0mm. With the same coanda nozzle gap, the flue gas recirculation flow rate ratio had a little increase when the air flow rate changes from 1.1 to 2.2 times of ideal air flow rate.

LPG Cylinder Leak Experiment from Multiple Leak Scenarios (누출종류에 따른 LP가스용기 누출량 실증 실험)

  • Lee, Minkyung;Lee, Kang-Ok;Kim, Young Gyu
    • Journal of the Korean Institute of Gas
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    • v.23 no.6
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    • pp.61-66
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    • 2019
  • Unlike NG supplied through pipes, LPG is mainly used for independent storage of cylinders or small storage tanks. As LPG is widely used in islands and underdeveloped areas, accidents due to neglect of safety management are high. Houses and businesses that have LPG accidents are likely to be damaged due to relatively high population density. Therefore, the necessity of strengthening the safety management of LPG is constantly raised. Accordingly, in 1996, Korea Gas Safety Corporation conducted an LPG leak test. In this study, based on the 96-year experiment, the gas leakage measurement of LPG vessels was conducted by adding several conditions such as outside temperature and pipe condition. Through this, the trend of leakage for various scenarios of LPG leakage was examined. In the case of a gas leak, when the article which may affect the pressure such as a regulator is not connected, the leakage amount is greatly changed by the outside air temperature, and when the regulator is fastened, the influence of the outlet pressure is large. It is expected that the experiment can be used as basic data for determining gas accidents and leakages that may occur later.

An Experimental Study on the Augmentation of Heat Transfer by Impinging Air Jets with Swirl (충돌선회분류(衝突旋回噴流) 열전달증진(熱傳達增進)에 관(關)한 실험적(實驗的) 연구(硏究))

  • Ohu, Su-Cheol;Park, Sung-Soo
    • Solar Energy
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    • v.13 no.1
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    • pp.22-30
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    • 1993
  • This Paper deals with the experimental study of the axisymmetric air jet impinging vertically on the flat heating surface with and without swirl. The purpose of this study is to investigate the characteristics of flow, augmentation of heat transfer rate, turbulent intensity, and the comparison of heat transfer rate, the optimal swirling condition about the swirl and nonswirl axisymmetric air jet. In order to augment the heat transfer on the flat heating surface without introducing any additional power, the technique used in the present work was placement of twisted tape inserted pipe in front of the nozzle exit in order to make a swirl. The effect of swirl degree is investigated in case of S=0., 0.056, 0.111, 0.222 and the velocity of the jet was 14, 20, 26, 32, 38, 44m/s. The distance between the nozle exit and the stagnation point on the impinging plate was the H/D=$1{\sim}14$. In order to analyze of the flow structure which increase heat transfer, the velocity and the turbulent intensity of the axisymmetric jet was measured by a hot wire anemometer according to the swirl number and H/D.

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A Study on Reduction of Nitrogen Oxide (NOx) and Stability of Incineration Facility by the Food Wastewater Incineration (음식물류 폐수 소각처리에 따른 질소산화물 저감 및 소각설비의 안정성 평가에 관한 연구)

  • Hwang, Seung-Min;Chung, Jin-Do;Song, Jang-Heon
    • Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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    • v.31 no.10
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    • pp.901-908
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    • 2009
  • We examine the processing method of the food wastewater to direct spray at living waste incinerator. The demoscale stoker system is used as a incineration facility. The results show that it brings effect on the reduction of nitrogen oxide ($NO_x$) concentration as well as the ammonia ($NH_3$) amount in SNCR (selective non-catalytic reduction) by the incineration of food wastewater which is containing a plentiful ammoniac nitrogen ($NH_3$-N). Furthermore, the stability of incineration facility and the extension of operation period is actualized as a improvement of clogging phenomenon on outer wall of water pipe as the 870~$950^{\circ}C$ maintain of exit temperature in a second combustor by spray of the food wastewater. The 26 items of air pollution matter of nitrogen oxide ($NO_x$), sulfur oxide ($SO_x$) and dioxin etc. are measured. The results show that it is under the value of allowable exhaust standard.

Analysis of Hydrological Characteristics of the Chantancheon Catchment 2016 (2016년 차탄천 유역의 수문특성 분석)

  • Kim, Dong Phil
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2017.05a
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    • pp.437-441
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    • 2017
  • 우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화로 인하여 극심한 홍수, 가뭄 등 재해의 발생빈도가 증가하는 추세로 기후변화의 영향을 최소화할 수 있는 수재해 방재관리가 필요한 상황이다. 중 대하천의 경우에는 비교적 수재해 방재관리가 잘 이루어지고 있으나, 소하천(일부 중하천 포함)의 경우에는 취약한 구조를 보이고 있다. 특히 홍수기간(7월~9월)의 인명과 재산의 피해는 주로 소하천 위주로 발생하고 있으며, 사전 사후의 체계적인 대응이 이루어지지 못하고 있다. 수재해 방재관리를 위해서는 일차적으로 수문자료의 획득에 있으며, 그 이후 해당유역에 적합한 수재해 대응을 위한 체계적인 방법론과 방재시스템 개발 운영이 수반되어야 안전한 방재관리를 할 수 있다. 따라서 수재해 방재관리 체계를 구축하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 차탄천 유역(유역면적 $190.64km^2$, 유로경사 0.96%, 경기도 연천군 소재)의 신뢰성 높은 2016년 관측자료를 이용하여 강우특성, 유출특성, 증발산량 등 수문특성을 분석하였으며, 과거 관측결과와 비교하였다. 강우특성 분석으로는 호우사상 분리, 주요 호우사상 분석, 지속기간별 최대강우량, 시간분포 등이 있다. 2016년은 2015년보다 최대 강우지속기간은 적게, 평균 강우지속기간은 크게, 최대 강우강도와 평균 강우강도는 모두 적게 나타나는 호우의 특징을 보이나, 설마천 유역과 같이 50mm 이상의 호우사상수의 증가에 기인하여 연 총강우량 증가로 유출률이 증가하는 유출특성을 보인다. 2016년의 하천유출률은 강우량 대비 39.6%(장진교, 유역출구)와 58.9%(보막교, 중간 소유역)로 과거 2012년~2015년의 평균 유출률 48.9%와는 다소 차이를 보인다. 2015년의 장진교 38.2%는 차이를 보이지 않으나, 보막교의 38.3%는 많은 차이를 보인다. 강우-유출특성 분석결과 강우량의 증가에 기인하여 2016년의 연간 하천유출량은 2015년보다 크게 증가 하였다. 그리고 2016년의 증발산량은 강우량 대비 장진교 50.1%, 보막교 35.4%로 2015년의 장진교 49.9%와 비슷한 값을 보이나, 2015년의 보막교는 54.9%로 약 19.5% 정도의 적은값을 보인다. 온도, 습도, 풍속, 일조시간에 영향을 받는 증발산량은 2015년보다 일평균 습도는 변화가 거의 없었으나, 일평균 풍속의 증가, 일평균 기온과 일조시간의 감소에 기인하여 적은 증발산량을 보이는 것으로 분석되었다. 이와 같이 산정된 수문자료는 수재해 방재를 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용되므로 지속적인 시험유역의 운영은 매우 필요하다.

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Analysis of Hydrological Characteristics of the Chantancheon Catchment 2017 (2017년 차탄천 유역의 수문학적 특성 분석)

  • Kim, Dong Phil
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2018.05a
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    • pp.341-345
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    • 2018
  • 우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화로 인하여 극심한 홍수, 가뭄 등 재해의 발생빈도가 증가하는 추세로 기후변화의 영향을 최소화할 수 있는 수재해 방재관리가 필요한 상황이다. 중 대하천의 경우에는 비교적 수재해 방재관리가 잘 이루어지고 있으나, 소하천(일부 중하천 포함)의 경우에는 취약한 구조를 보이고 있다. 특히 홍수기간(7월~9월)의 인명과 재산의 피해는 주로 소하천 위주로 발생하고 있으며, 사전 사후의 체계적인 대응이 이루어지지 못하고 있다. 수재해 방재관리를 위해서는 일차적으로 수문자료의 획득에 있으며, 그 이후 해당 유역에 적합한 수재해 대응을 위한 체계적인 방법론과 방재시스템 개발 운영이 수반되어야 안전한 방재관리를 할 수 있다. 따라서 수재해 방재관리 체계를 구축하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 차탄천 유역(유역면적 $190.64km^2$, 유로경사 0.96%, 경기도 연천군 소재)의 신뢰성 높은 2017년 관측자료를 이용하여 강우특성, 유출특성, 증발산량 등 수문특성을 분석하였으며, 과거 관측결과와 비교하였다. 강우특성 분석으로는 호우사상 분리, 주요 호우사상 분석, 지속기간별 최대강우량, 시간분포 등이 있다. 2017년은 2016년보다 최대 강우지속기간과 평균 강우지속기간은 크게, 최대 강우강도는 작게, 평균 강우강도는 크게 나타나는 호우의 특징을 보이고 있다. 2017년의 하천유출률은 강우량 대비 53.1%(장진교, 유역출구)와 60.4%(보막교, 중간소유역)로 과거 5년간의 평균 유출률인 장진교(52.4%)와 4년간의 평균유출률인 보막교(58.8%)와 비슷한 값을 보인다. 강우유출특성 분석결과 연간 강우량은 다소 적었지만, 평균 강우강도의 증가에 기인하여 2017년의 연간 하천유출량은 2016년보다 장진교는 약 39.5%의 증가와 보막교는 약 2.9% 감소가 하였다. 수문학적 동질성 갖는 유역에서 하천유출량의 차이는 강우량 발생 시기(2016년의 경우는 10월에 215.7mm의 강우량 발생)와 토지이용(중 하류부 농경지 발달)의 차이에 기인한다고 볼 수 있다. 그리고 2017년의 증발산량은 강우량 대비 장진교는 38.4%, 보막교 35.1%로 2016년 장진교의 50.1%보다는 감소하고, 보막교의 35.4%와는 비슷한 값을 보인다. 온도, 습도, 풍속, 일조시간에 영향을 받는 증발산량은 2016년 대비 기온(일최고/일최저)의 감소(90.6%) 습도(일최대/일평균/일최저)의 감소(98.5%), 일평균 풍속의 감소(54.7%)에 기인하여 적은 증발산량을 보이는 것으로 분석되었다. 이와 같이 산정된 수문자료는 수재해 방재를 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용되므로 지속적인 시험유역의 운영은 매우 필요하다.

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