The efficient steam drum should be required to reduce carbon oxide emissions and heat recovery in oxygen converter hood system. However, steam generation is limited to the time of the oxygen blowing period, which is intermittent or cyclical in operation of steel-making process. Thus, steam drum should be optimized for an effective steam generation during the oxygen blowing portion of the converter cycle. In this study, a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model has been developed to describe the impacts of changing various operating conditions and geometric shape on thermo-fluid characteristics and performance of the steam drum. This model encompasses not only fluid flow and heat transfer but also evaporation and condensation at the interfacial surface in the steam drum by using VOF (Volume of Fluid) method. To validate the prediction performance of this model, comparison of the steam flow rate between numerical and experimental result has been performed, resulting in the accuracy of the relative error by less than 3.2%.
This study investigated the influence of air staging on combustion and NOx emission in a tangential-firing boiler at a 560 MWe capacity. For air staging, the stoichiometric ratio (SR) for the burner zone was varied from 0.995 to 0.94 while the overall value was fixed at 1.2. The temperature and heat flux in the burner zone and upper furnace corresponded to the distribution of SR, while the total boiler efficiency remained similar. The NOx emission at the furnace exit was reduced by up to 20% when the SR in the burner zone decreased to 0.94. However, the amount of unburned carbon and slagging propensity was not noticeably influenced by the changes in the SR of the burner zone. Therefore, it was favorable to lower the SR of the burner zone for reduction of NOx emission.
A numerical study for three-dimensional laminar flow in the entrance region of helical tubes connected with straight ones is carried out to investigate the effects of Reynolds number, pitch and curvature ratio on the oscillation periods of the flow. The fully elliptic governing equations were solved by means of a finite volume method. The fully developed laminar flow boundary condition was applied at the straight tube inlet. This results cover a curvature ratio range of 1/10${\sim}$1/320, a pitch range of 0.0${\sim}$3.2, and a Reynolds number range of 62.5${\sim}$2000. A comparison is made with previous experimental correlations and numerical data. The developments of velocity, local and average friction factors are discussed. The average friction factors are oscillatory in the entrance region of helical pipes. It has been found that the angle required for the flow to be similarly developed is most affected by the curvature ratio. The pitch and Reynolds number do not have any significant effect on the angle. The characteristic angle ${\phi}_c(={\phi}/sqrt{\delta})$, or the characteristic length to diameter ratio $s_c(=l\sqrt{\delta} cos(atan{\lambda})/d)$, can be useful to represent the development of flow in helical tubes. As the pitch increases and as the curvature ratio and Reynolds number decrease, the amplitude and the number of flow oscillations along the main streamwise direction decrease.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.4
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pp.363-374
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2009
The 2D flow around 13 similar stay-vane profiles with different trailing edge geometries is investigated to determinate the main characteristics of the excitation forces for each one of them and their respective dynamic behaviors when modeled as a free-oscillating system. The main goal is avoid problems with cracks of hydraulic turbines components. A stay vane profile with a history of cracks was selected as the basis for this work. The commercial finite-volume code $FLUENT^{(R)}$ was employed in the simulations of the stationary profiles and, then, modified to take into account the transversal motion of elastically mounted profiles with equivalent structural stiffness and damping. The k-$\omega$ SST turbulence model is employed in all simulations and a deforming mesh technique used for models with profile motion. The static-model simulations were carried out for each one of the 13 geometries using a constant far field flow velocity value in order to determine the lift force oscillating frequency and amplitude as a function of the geometry. The free-oscillating stay-vane simulations were run with a low mass-damping parameter ($m^*{\xi}=0.0072$) and a single mean flow velocity value (5m/s). The structural bending stiffness of the stay-vane is defined by the Reduced Velocity parameter (Vr). The dynamic analyses were divided into two sets. The first set of simulations was carried out only for one profile with $2{\leq}Vr{\leq}12$. The second set of simulations focused on determining the behavior of each one of the 13 profiles in resonance.
Korea Aerospace Research Institute is performing 3 stage transonic axial compressor development program. This paper introduces design step of the compressor, the performance test results and its analysis. In the fore part of the paper, aerodynamic process of the 3 stage axial compressor is presented. To satisfy both of the mass flow and pressure rise, the compressor should rotate at a high rotational speed. Therefore the transonic flow field forms in the rotor stages and it is designed with a relatively high pressure rise per stage to satisfy its design target. The compressor stage consists of 3 stages, and the bulk pressure ratio is 2.5. The first stage is burdened with the highest pressure ratio and less pressure rises occur in the following stages. Also it is designed that tip Mach number of the first rotor row does not exceed 1.3, while the maximum relative Mach number in the rotor stage is between 1.3~1.4 to increase the compressor flow coefficient. The final design has been confirmed by iterating three dimensional CFD calculations to verify design target and some design intentions. In the latter part of the paper, its performance test processes and results are presented. The performance test result shows that the overall compressor performance targets; pressure ratio and efficiency are well achieved. The stator static pressure distributions show that the blade loading is gradually increasing from the downstream of the compressor.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.2
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pp.162-169
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2007
This study is focused on the comparison of a 3 dimensional numerical and hydraulic model experiment for the flow phenomenon when a lock gate is opened. The lock gate is designed to discharge the flood flow rate at $218m^3/s$ of Solicheon at the Kun Jang national industry complex. The three dimensional ${\kappa}-{\epsilon}$ turbulent model of ANSYS CFX-10 of the computational fluid dynamics(CFD) program was used. The characteristics of CFX-10 are able to be simulated effectively for turbulent flow, especially the flow separation of the boundary layer of the two phase interface of air and water. The velocity and the flow pattern of the numerical model was showed to be similar to the results of the hydraulic model experiment.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.5
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pp.476-483
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2007
One of the main function of Ieodo Ocean Research Station is to service the information about the weather and fishing grounds condition which are collected through calibrating convection flow and ocean current around the station. However, due to the influence of the station's structure below sea level, it is difficult to obtain the exact flow data. Therefore, it is required to research on the effect of the structure and the method to evaluate and revise the observed data. In this paper, as a basic study, it deals with the algorithm that simulate the interaction between ocean current and the station structure, followed by discussions about the way to applicate the algorithm. Through 3-dimensional computational fluid dynamics analyses (using Navier-Stokes equations with K-turbulence model), the influence of the station and submerged rocks are quantitatively evaluated, and we would suggest methods how to obtain accurate flow information from the measured rough data.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.1
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pp.57-63
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2008
In combustor of SCRamjet of air-breathing engine type, the flow duration time is very short because of the supersonic air flow. In this short duration, the whole process of combustion should be done, so it is very important to study supersonic combustion technologies. In this study, we focus fuel-air mixing enhancement method using cavity and conducted 3-dimensional Navier-Stokes computational analysis. Cavity height is fixed by 10mm, length is changed from 0 to 40mm. There is a supersonic jet injection downstream of the cavity and the hole size is 1mm. As a result, the higher ratio of cavity length/height is, the higher value of vorticity gets. The increased area of vorticity expands to upper and sidewise combustor. However, the stagnation pressure loss which generates thrust loss becomes higher when the vorticity is higher. Considering these result, we can conclude that optimized design which considers the highest mixing performance and the least stagnation pressure loss is needed.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.6
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pp.371-376
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2017
The effect of vortex finder confiqurations on the PM-10 collection efficiencies has been investigated using 7 different types of cyclones. Cyclone inlet velocities were calculated by computational fluid dynamics analysis and PM-10 collection efficiencies were measured from experimental apparatus. The inlet velocities of normal, P and A type cyclones were calculated 15.48 m/sec, 16.03 m/sec and 15.9 m/sec, respectively while experimental results show that PM-10 collection efficiencies were increased 4% for P type and 7% for A type cyclones compared to normal cyclone. Also it was found that there exist optimum parallel head lengths for both P and A type cyclones to maximize the PM-10 collection efficiencies.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.19
no.2
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pp.99-110
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2016
When a riser is damaged, the oil spills to sea. Oil spills cause huge economic losses as well as a destruction of the marine environment. To reduce losses, it is needed to predict spilled oil volume from risers and the excursion of the oil. The present paper simulated the oil spill for a damaged riser using open source libraries, called Open-FOAM. To verify numerical methods, jet flow and Rayleigh-Taylor instability were simulated. The oil spill was simulated for various damaged leak size, spilled oil volume rates, damaged vertical locations of a riser, and current speeds. From results, the maximum excursion of the spilled oil at the certain time was predicted, and a forecasting model for various parameters was suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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