Kim, Hongseong;Danilov, Valeri A.;Lim, Jongkoo;Moon, Il
Korean Chemical Engineering Research
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v.45
no.1
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pp.93-102
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2007
The objective of this study is to develop a 3D DMFC model for modeling gas evolution and flow patterns to design optimal flow field for gas management. The gas management on the anode side is an important issue in DMFC design and it greatly influences the performance of the fuel cell. The flow field is tightly related to gas management and distribution. Since experiment for the optimal design of various flow fields is difficult and expensive due to high bipolar plate cost, computational fluid dynamics (CFD) is implemented to solve the problem. A two-fluid model was developed for CFD based flow field design. The CFD analysis is used to visualize and to analyze the flow pattern and to reduce the number of experiments. Case studies of typical flow field designs such as serpentine, zigzag, parallel and semi-serpentine type illustrate applications of the model. This study presents simulation results of velocity, pressure, methanol mole fraction and gas content distribution. The suggested model is verified to be useful for the optimal flow field design.
A numerical simulation of membrane evaporation process was carried out in this work. The aim of simulation is to describe transport of water through porous membranes applicable to the concentration of aqueous solutions. A three-dimensional mathematical model was developed which considers transport phenomena including mass, heat, and momentum transfer in membrane evaporation process. The equations of model were then solved numerically using finite element method. The results of simulation in terms of evaporation flux were compared with experimental data, and confirmed the accuracy of model. Moreover, profile of pressure, concentration, and heat flux were obtained and analyzed. The results revealed that developed 3D model is capable of predicting performance of membrane evaporators in concentration of aqueous solutions.
Mughni, Mohd J.;Mazlan, Saiful A.;Zamzuri, Hairi;Yazid, Izyan I.M.;Rahman, Mohd A.A.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.5
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pp.901-916
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2014
Magnetorheological (MR) fluid is one of the field-responsive fluids that is of interest to many researchers due to its high yield stress value, which depends on the magnetic field strength. Similar to electrorheological (ER) fluid, the combination of working modes is one of the techniques to increase the performance of the fluids with limited focus on MR fluids. In this paper, a novel MR testing cell incorporated with valve, shear and squeeze operational modes is designed and constructed in order to investigate the behaviour of MR fluid in combined mode. The magnetic field distribution in the design concept was analyzed using finite element method in order to verify the effective areas of each mode have the acceptable range of flux density. The annular gap of valve and shear were fixed at 1 mm, while the squeeze gap between the parallel circular surfaces was varied up to 20 mm. Three different coil configurations, which were made up from 23 SWG copper wires were set up in the MR cell. The simulation results indicated that the magnetic field distributed in the squeeze gap was the highest among the other gaps with all coils were subjected to a constant applied current of 1 A. Moreover, the magnetic flux densities in all gaps were in a good range of magnitude based on the simulations that validated the proposed design concept. Hence, the 3D model of the MR testing cell was designed using Solidworks for manufacturing processes.
Reverse Design(RD) plays an important role in simulation engineering, such as CFD (Computational Fluid Dynamics) and Virtual Engineering and Design. RD becomes much more valuable when there is no shape data of the practical models for CFD grid generations. In this study, two-camera based rapid prototyping(RP) system is proposed. 3D-PTV based measurement algorithm was adopted. The developed system was applied to reconstruct three-dimensional data of a human face, a motorcycle model, a cylindrical body and a triangular pyramid.
Kim, Cha-Hwan;Chun, Seuk-Hoon;Shin, Dong-Woo;Kim, Lae-Hyun;Lee, Hyun-Chan;Baek, Young-Soon
Korean Chemical Engineering Research
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v.50
no.2
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pp.328-333
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2012
In this study, CFD simulation was performed with commercial CFD code FLUENT for the 3D mixing tank model (1 m in a diameter and 2.5 m in a height) of DME-Propane liquified fuels. Initial condition set-up with existence of DME 146 l at the upper side of mixing tank and Propane 770 l at the lower side of mixing tank. Characteristics of mixture and fluid flow were observed for 34 hours simulation. Two liquid fuel were uniformly mixed within range of 3 mol% after 24 hours, and range of 1 mol% after 34 hours. The simulation result following 4 hours was verified with KOGAS experimental data.
The cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as pump, turbine, nozzle, Infector, etc. In the present work, a solver for two-phase flows has been developed and applied to simulate the cavitating flows past hydrofoils. The governing equation is the two-phase Navier-Stokes equation, comprised of the continuity equation of liquid and vapor phase. The momentum and energy equation is in the mixture phase. The solver employs an implicit, dual time, preconditioned algorithm using finite difference scheme in curvilinear coordinates. An experimental data and other numerical data were compared with the present results to validate the present solver. It is concluded that the present numerical code has successfully accounted for two-phase Navier-Stokes model of cavitation flow.
The present paper is focused on analyzing a set of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation data on reducing orthogonal peak base moment coefficients on a high-rise rectangular building with wings. The study adopts an aerodynamic optimization procedure (AOP) composed of CFD, artificial neural network (ANN), and genetic algorithm (G.A.). A parametric study is primarily accomplished by altering the wing positions with 3D transient CFD analysis using k - ε turbulence models. The CFD technique is validated by taking up a wind tunnel test. The required design parameters are obtained at each design point and used for training ANN. The trained ANN models are used as surrogates to conduct optimization studies using G.A. Two single-objective optimizations are performed to minimize the peak base moment coefficients in the individual directions. An additional multiobjective optimization is implemented with the motivation of diminishing the two orthogonal peak base moments concurrently. Pareto-optimal solutions specifying the preferred building shapes are offered.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.15
no.4
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pp.135-140
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2005
Thermal-fluid analysis was performed to understand the thermal behavior in the horizontal CVD reactor thereby to design a susceptor which has a uniform deposition rate during silicon EPI growing. Four different types of susceptor designs, standard (no hole susceptor), hole $\sharp$1 (240 mm), hole $\sharp$2 (150 mm) and hole $\sharp$3 (60 mm), were simulated by CFD (Computational Fluid Dynamics) tool. Temperature, gas flow, deposition rate and growth rate were calculated and analyzed. The degree of flatness of EPI wafer loaded on the susceptor was computed in terms of silicon growth rate. The simulation results show that the temperature and thermal distribution in the wafer are greatly dependent on inner diameter of hole susceptor and demonstrate that the introduction of hole in the susceptor can degrade wafer flatness. Maximum temperature difference appeared around holes. As the diameter of the hole decreases, flatness of the wafer becomes poor. Among the threes types of susceptors with the hole, optimal design which resulted a good uniform flatness ($5\%$) was obtained when using hole $\sharp$1.
A computational fluid dynamics(CFD) model is developed and validated with on-site experiments for a urea-based SNCR(selective non-catalytic reduction) process to reduce the nitrogen oxides($NO_x$) in a municipal incinerator. The three-dimensional turbulent reacting flow CFD model having a seven global reaction mechanism under the condition of low CO concentration and 12% excess air and droplet evaporation is used for fluid dynamics simulation of the SNCR process installed in the incinerator. In this SNCR process, urea solution and atomizing air were injected into the secondary combustor, using one front nozzle and two side nozzles. The exit temperature($980^{\circ}C$) of simulation has the same value as in situ experiment one. The $NO_x$ reduction efficiencies of 57% and 59% are obtained from the experiment and CFD simulation, respectively at NSR=1.8(normalized stoichiometric ratio) for the equal flow rate ratio from the three nozzles. It is observed in the CFD simulations with varying the flowrate ratio of the three nozzles that the injection of a two times larger front nozzle flowrate than the side nozzle flowrate produces 8% higher $NO_x$ reduction efficiency than the injection of the equal ratio flowrate in each nozzle.
Park, Se-Jin;Park, No-Suk;Lim, Jae-Lim;Kim, Sun-Kyu;Kim, Sug-Goo;Mun, Yong-Taek;Bang, Ki-Woong
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.20
no.5
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pp.667-676
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2006
This study was conducted to evaluate the effect of longitudinal baffle on hydrodynamic behavior within a certain full-scale sedimentation basin (flow rate per basin; $1,000m^3/d$). Comparative experimental investigations have been carried out on the sediment removal efficiencies and the sludge deposit distribution in the baffled and un-baffled sedimentation basin, respectively. From the results derived in the baffled and un-baffled sedimentation, the turbidity removal rate in the baffled sedimentation basin is about 38% higher than that in un-baffled. Also, the height of sludge deposit in the baffled sedimentation basin is approximately 20% lower, and the sludge concentration is 10% higher than those in un-baffled sedimentation basin. In order to explain the experimental results and investigate the effect of longitudinal baffle in more detail, we conducted Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation. From the results of CFD simulation, the flow, especially in the near of outlet orifice, was more stable in the case of longitudinal baffled sedimentation basin than that in un-baffled basin. Also, it could be concluded that the longitudinal baffle made a fully developed flow more effective for sedimentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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