Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.1171-1175
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2017
Cryogenic helium gas is used as the pressurant for the oxidizer pressurization of DR(Damper Receiver) sphere in the PSD(Pogo Suppression Device) system and liquid oxygen is used as the oxidizer for the propellant in Korea Space Launch Vehicle-II. The helium gas is stored in pressurant cylinders inside the cryogenic liquid oxygen tank and liquid oxygen is stored in the oxidizer tank. In this study, the performance test of PSD liquid oxygen drain valve for KSLV-II was considered.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.413-418
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2008
Flow instability in the rocket turbo pump system can be caused by various reasons such as valve, orifice and venturi, etc. The inception of cavitation, especially in the propellant feeding system, is the primary cause of the mass flow and pressure oscillation due to cyclic formation and depletion of cavitation. Meanwhile, the main propellant in liquid rocket engine is the cryogenic one, which is very sensitive to temperature variation, and the variation of propellant properties caused by thermodynamic effect should be accounted for in the flow analysis. The present study focuses on the formation of cryogenic cavitations by adopting IDM model suggested by Shyy and coworkers. Also, the flow instability was investigated in the downstream of orifice by using a developed numerical code. Calculation results show that cryogenic cavitations can lead to flow instability resulting in mass flow fluctuations due to pressure oscillations. And the prediction of cavitations in cryogenic fluid is of vital importance in designing feeding system of LRE.
A closed-loop cryogenic cooling system for high field magnets is presented. This design is motivated by our recent development of cooling system for 21 tesla Fourier Transform ion Cyclotron Resonance (FT-ICR) superconducting magnets without any replenishment of cryogen. The low temperature superconducting magnets are immersed in a subcooled 1.8 K bath, which is connected hydraulically to the 4.2 K reservoir through a narrow channel. Saturated liquid helium is cooled by Joule-Thomson heat exchanger and flows through the JT valve, isenthalpically dropping its pressure to approximately 1 6 kPa, corresponding saturation temperature of 1.8 K. Helium gas exhausted from pump is now recondensed by two-stage cryocooler located after vapor purify system. The amount of cryogenic Heat loads and required mass flow rate through closed-loop are estimated by a relevant heat transfer analysis, from which dimensions of JT heat exchanger and He II heat exchanger are determined. The detailed design of cryocooler heat exchanger for helium recondensing is performed. The effect of cryogenic loads, especially superfluid heat leak through the gap of weight load relief valve, on the dimensions of cryogenic system is also investigated.
Choi, Yeon-Suk;Kim, Dong-Lak;Lee, Byoung-Seob;Yang, Hyung-Suk;Yoo Jong-Shin;Painter Thomas A.;Miller John R.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.8
no.4
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pp.30-33
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2006
Several crucial issues are discussed in the design of cryogenic cooling system for high field magnets. This study is mainly motivated by our ongoing program to develop a 21 T Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer (FT-ICR MS). The magnets of this system will be built horizontally to accomplish the requirement of user friendliness and reliability, and the replenishment of cryogen will not be necessary by a closed-loop cooling concept. The initial cool-down and safety are basically considered in this paper. The effects of the helium II volume and the gap distance of the weight load relief valve (or safety valve) on the cool-down time and temperature rising during an off-normal state are discussed. The total amount of cryogenic cooling loads and the required helium flow rate during cool-down are also estimated by a relevant heat transfer analysis. The temperatures of cryogen-free radiation shield are finally determined from the refrigeration power of a cryocooler and the total cryogenic loads.
Kim, Si-Pom;Lee, Kwon-Hee;Jeon, Rock-Won;Do, Tae-Wan
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.232-237
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2011
Recently, continuous research on cryogenic valves is being carried out with the rapid development of the cryogenic valve-related industry, and especially, high performance of cryogenic valves is being promoted due to the breakthrough development and demand of users, etc., of the mechanical, shipbuilding, semiconductor and display industry and the aerospace industry field, but it is the reality that technical development and research on cryogenic application equipment on vacuum insulation are insufficient. The present research focused on interception of heat exchange with the outside by keeping low pressure after installing a jacket pipe outside a stem and also considered heat transfer properties on changes in pressure of a vacuum part and radius of a jacket which can reduce heat exchange for effective heat transmission control by studying it in a three-dimensional numerical analysis method.
The oxidizer shutoff valve of a gas generator controls the mass flow rate of the propellant of a rocket engine using pilot pressure and spring the force of the valve. The developing oxidizer shutoff valve can be shut off if the pilot pressure is removed from the actuator. Therefore, force balancing is necessary to analyze the characteristics of the forces with respect to the opening and closing of the valve in order to evaluate its performance. In light of this, the valve has been designed to adjust the control pressure required to open the poppet and to determine the working fluid pressure at which the valve starts to close. Under cryogenic flow test as a tests level of C.R.T(Control Random Test), the chattering phenomena occurred due to much leakage of a metal seat section. The pressure for chattering of the oxidizer valve is predicted at about 11 bar using force balancing analysis.
Kim, Si-Pom;Jeon, Rock-Won;Hwang, Il-Ju;Lee, Jae-Hun;Kang, Dae-Ki
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.3
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pp.160-165
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2012
The packing, among the components comprising the gate valve, is used to sustain the air-tightness and the study on change of shape or pattern has been carried out to maximize the functions, but the study on changing the location or the size of the packing in a bid to prevent the freezing has rarely been implemented. Thus, This study is intended to evaluate the thermal strain of packing by heat transfer from territory of extremely low temperature as well as the temperature distribution to the upper part of the packing using numerical analysis method.
The structural analyses and experimental results for the bellows of a gas-generator liquid oxygen shut-off valve were presented. The bellows experiences axial compression and external high pressure loadings at cryogenic temperatures. The analyses were performed using EJMA (Expansion Joint Manufacturing Association) standard and the commercial FE (finite element) analysis program, Abaqus v6.9, at room and cryogenic temperatures. The spring modulus, the induced stress and the expected fatigue life of the bellows were compared respectively. The effects by the contact and the material plasticity on the FE analysis results were also analyzed. Also, FE analyses related to a burst test were presented.
Current Industrial and Technological Trends in Aerospace
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v.9
no.1
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pp.158-164
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2011
Check valves developed for aerospace applications and commercially available for the applications are investigated. The examples include the ones for launch vehicles, SSME (Space Shuttle Main Engine) and GSE (Ground Support Equipment) purges developed by NASA, requiring high reliability, and the ones by KARI. Also the commercial ones for room and cryogenic temperatures by major valve US companies. Relations of design factors such as seal materials and spring rate to principal performances like operating temperature/pressure and cracking pressure are explained. Then potential operational problems such as chatter and contaminations are explained. Also, filters, fittings for end connections and cleanliness requirements for the applications are considered.
Closed-loop J-T (Joule-Thomson) refrigeration cycle is advantageous compared to common open loop $N_2$ decompression system in terms of nitrogen consumption. In this study, two closed-loop pure $N_2$ J-T refrigeration systems with sub-atmospheric device for cooling High Temperature Superconductor (HTS) power cable are investigated. J-T cooling systems include 2-stage compressor, 2-stage precooling cycle, J-T valve and a cold compressor or an auxiliary vacuum pump at the room temperature. The cold compressor and the vacuum pump are installed after the J-T valve to create sub-atmospheric condition. The temperature of 67 K is possible by lowering the pressure up to 24 kPa at the cold part. The optimized hydrocarbon mixed refrigerant (MR) J-T system is applied for precooling stage. The cold head of precooling MR J-T have the temperature from 120 K to 150 K. The various characteristics of cold compressor are invstigated and applied to design parameter of the cold compressor. The Carnot efficiency of cold compressor system is calculated as 16.7% and that of vacuum pump system as 16.4%. The efficiency difference between the cold compressor system and the vacuum pump system is due to difference of enthalpy change at cryogenic temperature, enthalpy change at room temperature and different work load at the pre-cooling cycle. The efficiency of neon-nitrogen MR J-T system is also presented for comparison with the sub-atmospheric devices. These systems have several pros and cons in comparison to typical MR J-T systems such as vacuum line maintainability, system's COP and etc. In this paper, the detailed design of the subcooled $N_2$ J-T systems are examined and some practical issues of the sub-atmospheric devices are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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