Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.115-118
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2003
This research aims to measure mechanical tensile properties of CFRP composites for cryogenic tank material. Through the cryogenic chamber, tensile tests are peformed under cryogenic temperature for graphite/epoxy fabric specimen aged at $-150^{\circ}C$ for 30hrs with load and graphite/epoxy unidirectional specimen 3-cycled from RT to $-100^{\circ}C$ with load. For graphite/epoxy fabric specimen, tensile modulus showed to increase after aging at cryogenic temperature(CT) while to decrease after aging at room temperature(RT) and tensile strength is more decreased after CT-aged than at RT-aged. For graphite/epoxy unidirectional specimen, tensile modulus was almost not changed after 3-cycling but strength showed the trend of decrease as increase the number of cycling.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.17
no.2
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pp.74-79
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2009
The performance of cryogenic refrigerator greatly depends on the effectiveness of heat exchanger, which generates major entropy at low temperature. There are numerous types of heat exchanger available, but it is not easy to apply most of them to cryogenic application because the cryogenic heat exchanger must have high effectiveness value as well as small conduction loss in the environment of considerable temperature difference. In this paper, two kinds of heat exchanger are noticeably introduced for high-effectiveness miniature cryogenic recuperator(recuperative heat ex-changer). Also, the flow mal-distribution problem, which is a critical issue of performance deterioration in a high-effectiveness recuperator, is addressed with simplified model, and its alleviation method is discussed.
This paper describes numerical modeling of transcritical and supercritical fluid flows within a liquid propellant rocket engine. In the present paper, turbulence is modeled by standard $k-{\varepsilon}$ model. A conserved scalar approach in conjunction with multi-environment probability density function model is used to account for the turbulent mixing of real-fluids in the transcritical and supercritical region. The two real-fluid equations of state and dense-fluid correction schemes for mixtures are used to construct thermodynamic data library based on the conserved scalar. In this study, calculations are made on two cryogenic nitrogen jets under different chamber pressures. Sensitivity analysis for two different real-fluid equations of sate is particularly emphasized. Based on numerical results, precise structures of cryogenic nitrogen jets are discussed in detail. Numerical results show that the current real-fluid model can predict the essential features of the cryogenic liquid nitrogen jets.
Kim, Jin-Sun;Hong, Soon-Sam;Kim, Dae-Jin;Choi, Chang-Ho;Kim, Jin-Han
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.391-397
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2010
Performance tests of a liquid-oxygen pump were carried out using liquid nitrogen (LN2) as a working fluid in a cryogenic turbopump test facility in Korea Aerospace Research Institute (KARI). The tests were performed at 30-55% of the design rotational speed, and the results were compared with those from a water test. The experimental results confirmed the similarity of the hydraulic performance, which allows the prediction of the pump performance at a design rotational speed of 20,000 rpm. The overall cavitation performance of the pump in the cryogenic environment was better than that in the water environment for all ranges of flow rates and rotational speeds. Critical cavitation number at the design flow rate was determined as 0.012 from the cryogenic test, and as 0.024 from the water test. The improved cavitation performance is due to the thermodynamic effect in cryogenic fluids.
Kim, Youngcheol;Seo, Mansu;Yoo, Donggyu;Jeong, Sangkwon
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.16
no.4
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pp.71-77
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2014
For a long-term space mission, filling process of cryogenic liquid propellant is operated on a space vehicle in space. A vent process during transfer and filling of cryogenic propellant is needed to maintain the fuel tank pressure at a safe level due to its volatile characteristic. It is possible that both liquid and vapor phases of the cryogenic propellant are released simultaneously to outer space when the vent process occurs under low gravity environment. As a result, the existing filling process with venting not only accompanies wasting liquid propellant, but also consumes extra fuel to compensate for the unexpected momentum originated from the vent process. No-Vent Fill (NVF) method, a filling procedure without a venting process of cryogenic liquid propellant, is an attractive technology to perform a long-term space mission. In this paper, the preliminary experimental results of the NVF process are described. The experimental set-up consists of a 9-liter cryogenic liquid receiver tank and a supply tank. Liquid nitrogen ($LN_2$) is used to simulate the behavior of cryogenic propellant. The whole situation in the receiver tank during NVF is monitored. The major experimental parameter in the experiment is the mass flow rate of the liquid nitrogen. The experimental results demonstrate that as the mass flow rate is increased, NVF process is conducted successfully. The quality and the inlet temperature of the injected $LN_2$ are affected by the mass flow rate. These parameters determine success of NVF.
Cryogenic vessels are special equipment that requires periodic evaluation of their thermal insulation performance. At the current standard, the test is considered as the loss product or heat leakage of cryogenic vessel, which takes over 72 h to evaluate; consequently, a large amount of working medium is discharged to the environment in the process. However, hydrogen is flammable and explosive, and the discharged gas may be dangerous. If liquid hydrogen is replaced with liquid nitrogen before testing, the operation then becomes complicated, and the loss product or heat leakage cannot respond to the thermal insulation performance of cryogenic vessels for liquid hydrogen. Therefore, a novel method is proposed to evaluate the heat leakage of cryogenic vessels for liquid hydrogen in self-pressurization. In contrast to the current testing methods, the method proposed in this study does not require discharge or exchange of working medium in all test processes. The proposed method is based on one-dimensional heat transfer analysis of cryogenic vessels, which is verified by experiment. When this method is used to predict the heat leakage, the comparison with the experimental data of the standard method shows that the maximum error of heat leakage is less than 5.0%.
Cryogenic pump test facility (CPTF) is designed and developed in KARI. Hydraulic and cavitation performance of pump and inducer in cryogenic environment can be measured. Working fluid is liquid nitrogen and operating temperature is $-197^{\circ}C$. Run tank, catch tank of liquid nitrogen and their pressurizing tank has been built and remote tank pressure control system are installed. Maximum power of driving motor is 320 kW and its maximum speed is 32000rpm. Cryogenic fluids and lubricating systems are effectively separated that long test times are acquired. Therefore hydraulic and cavitation performance can be measured accurately and effectively. Pre-cooling test of the facility was successfully accomplished. This facility will contribute greatly to the development of turbopump for KSLV.
Cryogenic turbopump test facility(CTTF) is designed and developed. Hydraulic and cavitation performance of turbopump in cryogenic environment can be measured. Working fluid is liquid nitrogen and operating temperature is $-197^{\circ}C$. Liquid nitrogen run tank, catch tank and pressurizing tank has been built and remote tank pressure control system are installed. Maximum power of turbopump is 320kW and its maximum speed is 32000rpm. Cryogenic fluids and lubricating systems are effectively separated that long test times are acquired. Therefore hydraulic and cavitation performance can be measured accurately and effectively. This facility will contribute greatly to the development of turbopump for KSLV.
Jo, Jun Hyeon;Rhim, Yoon Chul;Lee, Sungchul;Kim, Choong Hyun
Tribology and Lubricants
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v.28
no.4
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pp.167-172
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2012
The turbo pump of a liquid rocket engine is composed of three main parts: the oxidizer pump, fuel pump, and turbine. Liquid oxygen ($LO_X$) is the working fluid in the cryogenic environment in the oxidizer pump, but tests are usually performed using liquid nitrogen ($LN_2$), which has a boiling point similar to that of $LO_X$ but is comparatively safer and easier to use for the test. In this study, a bearing test rig is developed and its performance is evaluated using a cryogenic ball bearing with $LN_2$ as the working fluid. Verifying the performance of the bearing test rig is crucial for ensuring correct working of the turbo pump unit in the liquid rocket engine. A stable test rig for the bearing in a cryogenic environment makes the bearing technology enhance its reliability. The test results show that the system operates stably and the requirement of performance time of 500 s is met. The test results of temperature, motor speed, and torque are discussed. The developed cryogenic bearing test rig is expected to help in widening knowledge and expanding research on ball bearings in the future.
More and more, spaces are decreasing which satisfy multiple requirements for wind power plants. However, areas which have excellent wind resources and are free to civil complaints occupy a large space, although they are exposed to the cryogenic environment. This study conducted a thermal-fluid analysis of a cryogenic chamber for testing large wind turbine parts exposed to the cryogenic environment. The position of supply air is placed to the upper area to compare each cooling performance for each location of various outlets in mixing ventilated conditions. The study carried out CFD analysis for the chamber both with and without a test object. For the cases without the test object, the air temperature of the upper supply and down extract type chamber was cooled faster by 5-100% than the others. However, for the cases with the test object, the object temperature of upper supply and center extract on the opposite side type chamber was cooled faster by 33-132% than the others. The cooling performance by the air inside the chamber and the test object did not show the same pattern, which implicates the need to consider the cooling performance by not only the air but also the test object in the large cryogenic chamber design for testing large parts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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