To improve the safety, the fuel cell operate inside a pressurized enclosure which contains inert gas so called protective gas. The protective gas not only prevents the mixture of hydrogen and oxygen, but also removes the water in the vessel with the condenser. This study presents the details of the flow optimization in order to reduce the humidity in the fuel cell housing. The protective gas flow in the fuel cell container is studied by Computational Fluid Dynamics(CFD) simulations. This study focuses on optimizing the geometry of an protective gas circulation system in fuel cell module to reduce the humidity in the vessel. CFD analysis was carried out for an existing model to understand the flow behavior through the fuel cell system. Based on existing model CFD results, geometrical changes like inlet placement, optimization of outlet size, modification of fuel cell module system are carried out, to improve the flow characteristics. The CFD analysis of the optimized model is again carried out and the results show good improvement in protective gas flow behavior.
Estimations of wind flow over terrain are often needed for applications such as pollutant dispersion, transport safety or wind farm location. Whilst field studies offer very detailed information regarding the wind potential over a small region, the cost of instrumenting a natural fetch alone is prohibitive. Wind tunnels offer one alternative although wind tunnel simulations can suffer from scale effects and high costs as well. Computational Fluid Dynamics (CFD) offers a second alternative which is increasingly seen as a viable one by wind engineers. There are two issues associated with CFD however, that of accuracy of the predictions and set-up and simulation times. This paper aims to address the two issues by demonstrating, by way of an investigation of wind potential for the Askervein Hill, that a good level of accuracy can be obtained with CFD (10% for the speed up ratio) and that it is possible to automate the simulations in order to compute a full wind rose efficiently. The paper shows how a combination of script and session files can be written to drive and automate CFD simulations based on commercial software. It proposes a general methodology for the automation of CFD applied to the computation of wind flow over a region of interest.
Flow fields inside feeder pipes have been simulated numerically using a CFD (computational fluid dynamics) code to calculate the shear stress distribution, which is the most important factor in predicting the local regions of feeder pipes highly susceptible to FAC (flow-accelerated corrosion)-induced wall thinning. The CFD approach, with schemes used in this study, to simulate the flow situations inside the CANDU feeder pipes has been verified as it showed a good agreement between the investigation results for the failed feedwater pipe at Surry unit 2 plant in the U.S. and the CFD calculation. Sensitivity studies of the three geometrical parameters, such as angle of the first and second bends, length of the first span between the grayloc hub and the first bend, and length of the second span between the first and the second bends have been performed. CFD analysis reveals that the local regions of feeder pipes of Wolsung unit 1 in Korea, on which wall thickness measurements have been performed so far, are not coincident with the worst regions predicted by the present CFD analysis located in the connection region of straight and bend pipe near the inlet part of the bend intrados. Finally, based on the results of the present CFD analysis, a guide to the selection of the weakest local positions where the measurement of wall thickness should be performed with higher priority has been provided.
In this paper, the coupling of fine-mesh computational fluid dynamics (CFD) thermal-hydraulics (TH) code and neutronics code is achieved using the Ansys Fluent User Defined Function (UDF) for code development, including parallel meshing mapping, data computation, and data transfer. Also, some CFD schemes are designed for mesh mapping and data transfer to guarantee physical conservation in the coupling computation. Because there is no rigorous research that gives robust guidance on the various CFD schemes that must be obtained before the fine-mesh coupling computation, this work presents a quantitative analysis of the CFD meshing and mapping schemes to improve the accuracy of the value and location of key physical prediction. Furthermore, the effect of the sub-pin scale coupling computation is also studied. It is observed that even the pin-resolved coupling computation can also create a large deviation in the maximum value and spatial locations, which also proves the significance of the research on mesh mapping and data transfer for CFD code in a coupling computation.
Sang-Min Chung;Seungwoon Park;Euikeun Choi;Soobin Oh;Chul-Hee Lee
Journal of Drive and Control
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v.21
no.1
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pp.8-15
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2024
This thesis investigates the jetting characteristics of an aerosol jet printing (AJP) process as a function of design and operating conditions. The governing equations of the AJP system are derived for experimentation and analysis. To understand the characteristics of the AJP system, it analyzes the jetting characteristics as a function of the flow rate of the carrier gas and the sheath gas, and the variation of the linewidth with the nozzle exit size based on particle tracking. The thesis focuses on computational fluid dynamics (CFD), which is a computer simulation. The particle tracking results obtained by CFD were analyzed using MATLAB. CFD analytical models can be analyzed in environments with different conditions and consider more specific situations than mathematical computational models. The validity of the CFD analysis is shown by comparing the experimental results with the CFD analysis.
In this study, the effect of the time step specified in a computational fluid dynamics (CFD) simulation on load response is analyzed and the drag coefficients of the floating body of floating offshore wind turbines (FOWTs) are estimated. By evaluating the error in the FOWT load response and the change in the drag-coefficient values based on the density of the time intervals, this study aims to establish a time-interval setting that minimizes the time and cost of CFD simulations for selecting drag-coefficient values. Practical CFD utilization strategies necessary for the calibration of medium-to high-fidelity analysis tools are presented. Based on a comparative analysis of CFD simulations conducted at various time intervals, the results confirmed that under a certain time interval that sufficiently considers various factors, the accuracy of the FOWT response with respect to density shows minimal differences, thereby providing an efficient utilization method for CFD simulations in FOWT design and analysis.
Sang-Min Chung;Seungwoon Park;Euikeun Choi;Soobin Oh;Chul-Hee Lee
Journal of Drive and Control
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v.21
no.2
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pp.8-14
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2024
This paper investigates the jetting characteristics of an aerosol jet printing (AJP) process as a function of design and operating conditions. The governing equations of the AJP system are derived for experimentation and analysis. To understand the characteristics of the AJP system, this thesis analyzes the jetting characteristics as a function of the flow rate of the carrier gas and the sheath gas, and the variation of the linewidth with the nozzle exit size based on particle tracking. This thesis focuses on computational fluid dynamics (CFD), which is a computer simulation. The particle tracking results obtained by CFD were analyzed using MATLAB. CFD analytical models can be analyzed in environments with different conditions and consider more specific situations than mathematical computational models. The validity of the CFD analysis is shown by comparing the experimental results with the CFD analysis.
We coupled a CFD model to the WRF-Chem model (WRF-CFD model) and investigated the characteristics of flows and carbon monoxide (CO) distributions in a building-congested district. We validated the simulated results against the measured wind speeds, wind directions, and CO concentrations. The WRF-Chem model simulated the winds from southwesterly to southeasterly, overestimating the measured wind speeds. The statistical validation showed that the WRF-CFD model simulated the measured wind speeds more realistically than the WRF-Chem model. The WRF-Chem model significantly underestimated the measured CO concentrations, and the WRF-CFD model improved the CO concentration prediction. Based on the statistical validation results, the WRF-CFD model improved the performance in predicting the CO concentrations by taking complicatedly distributed buildings and mobiles sources of CO into account. At 04 KST on May 22, there was a downdraft around the AQMS, and airflow with a relatively low CO concentration was advected from the upper layer. Resultantly, the CO concentration was lower at the AQMS than the surrounding area. At 15 KST on May 22, there was an updraft around the AQMS. This resulted in a slightly higher CO concentration than the surroundings. The WRF-CFD model transported CO emitted from the mobile sources to the AQMS measurement altitude, well reproducing the measured CO concentration. At 18 KST on May 22, the WRF-CFD model simulated high CO concentrations because of high CO emission, broad updraft area, and an increase in turbulent diffusion cause by wind-shear increase near the ground.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.1
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pp.28-35
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2016
The in-situ thermal response test for the design of a ground heat exchanger of geothermal heat pumps have difficulty in predicting the outlet temperature according to the variation of conditions due to the expense and time. This paper suggests a 3-D CFD analysis method to predict the heat transfer performance of vertical type ground heat exchanger, which is mostly used in national, and the outlet temperature and the slope of two in-situ thermal response tests were compared to test the proposed CFD reliability. The results of CFD analysis showed that the outlet temperature was predicted to within $0.5^{\circ}C$ of the actual value and the slope was predicted to within 1.6%. The reliability of the CFD analysis method was confirmed using this process, and the outlet temperature prediction of the two in-situ thermal response tests was obtained by changing ${\pm}20%$ of the flow rate and the effective thermal conductivity conditions, respectively. The results of CFD analysis showed that the outlet temperature of Case 1 was 28.0 (-20%) and $29.6^{\circ}C$ (+20%) for the flow rate variation and $29.6^{\circ}C$ (-20%) and $28.0^{\circ}C$ (+20%) for the effective thermal conductivity variation, and the outlet temperature of Case 2 was 28.4 (-20%) and $29.8^{\circ}C$ (+20%) for the flow rate variation and $29.7^{\circ}C$(-20%) and $28.4^{\circ}C$(+20%) for the effective thermal conductivity variation.
막 냉각 연구를 위해 CFD를 이용할 때 적용 한계 및 그 타당성을 검증하고자 하였다. 이 글에서는 냉각공기공으로부터 분출된 냉각공기가 고온 고속으로 흐르는 주유동과 평판 사이에 벽면을 고온의 가스에 노출되는 것을 막기 위해 위치시킨 막냉각공기 흐름의 형태를 CFD를 이용하여 분석하였다. 모든 경계조건 및 격자계 그리고 검증 단계의 예까지 서술함으로써 이러한 CFD를 이용할 때 유용하게 적용될 방법들을 제공하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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