• 제목/요약/키워드: Energy Balance Equation

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Investigation of blasting impact on limestone of varying quality using FEA

  • Dimitraki, Lamprini S.;Christaras, Basile G.;Arampelos, Nikolas D.
    • Geomechanics and Engineering
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    • 제25권2호
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    • pp.111-121
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    • 2021
  • Large deformation and rapid pressure propagation take place inside the rock mass under the dynamic loads caused by the explosives, on quarry faces in order to extract aggregate material. The complexity of the science of rock blasting is due to a number of factors that affect the phenomenon. However, blasting engineering computations could be facilitated by innovative software algorithms in order to determine the results of the violent explosion, since field experiments are particularly difficult to be conducted. The present research focuses on the design of a Finite Element Analysis (FEA) code, for investigating in detail the behavior of limestone under the blasting effect of Ammonium Nitrate & Fuel Oil (ANFO). Specifically, the manuscript presents the FEA models and the relevant transient analysis results, simulating the blasting process for three types of limestone, ranging from poor to very good quality. The Finite Element code was developed by applying the Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state to describe the thermodynamic state of ANFO and the pressure dependent Drucker-Prager failure criterion to define the limestone plasticity behavior, under blasting induced, high rate stress. A progressive damage model was also used in order to define the stiffness degradation and destruction of the material. This paper performs a comparative analysis and quantifies the phenomena regarding pressure, stress distribution and energy balance, for three types of limestone. The ultimate goal of this research is to provide an answer for a number of scientific questions, considering various phenomena taking place during the explosion event, using advanced computational tools.

학교교실의 실내공기질 개선을 위한 환기장치 및 공기청정기의 연동제어 알고리즘 개발 및 적용 연구 (A study on Development and Application of Sequential Control Algorithm of Ventilation and Air Cleaning System for Improving Indoor Air Quality in School Classroom)

  • 박환출;이동현;이정재
    • 대한건축학회논문집:구조계
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    • 제36권5호
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    • pp.187-194
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    • 2020
  • This study presents the energy-saving sequential control algorithm to handle indoor CO2 and PM2.5 for the improvement of the air quality of school classrooms. To solve indoor air quality (IAQ) problems, air cleaning and ventilation systems are mainly used for school classrooms. Although air cleaning is able to collect PM2.5, it is difficult to remove harmful gas substances. The ventilation system is suitable to tackle CO and CO2, the volume ventilation, however, is relatively small. In this paper, to remove CO2 and PM2.5, the pollutant balance equation for improving indoor air quality is reviewed. The sequential control algorithm of the ventilation and air cleaning system with four levels of criteria is introduced for the effective removal of pollutants. The proposed sequential control algorithm confirms that indoor CO2 and PM2.5 can be properly controlled below the standard value. In addition, the sequential operation of air cleaning and ventilation systems has shown significant improvement in IAQ compared to the independent ventilation system operation. Particularly, such systems are efficient when outdoor PM2.5 is high.

로울러 킬른 내의 이동현상에 관한 전산모사 (A computer simulation of transport phenomena in a roller kiln)

  • 이성철;김병수
    • 한국결정성장학회지
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    • 제9권2호
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    • pp.251-259
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    • 1999
  • 로울러 킬른 내의 이동현상에 대하여 전산모사를 수행하였다. 소결 공정에서 중요한 요소인 로울러 킬른 내의 온도분포와 속도장을 구하기 위하여 유한요소법을 이용하여 에너지 보존식과 운동량 보존식을 풀었다. 로울러 킬른 내에 세라믹 원료가 없을 경우에, 벽면의 열원으로부터 유입되는 공기로 빠르게 열전달이 이루어지게 되며 공기는 이 열의 대부분을 로울러 킬른 밖으로 전달하는 것을 알 수 있었다. 세라믹 원료가 있을 경우에, 세라믹 원료는 벽면으로부터 열을 받아 온도가 상승하게 되나 상대적으로 차가운 공기의 유동 때문에 인하여 공기로 많은 열을 빼앗기게 되는 것을 알 수 있었다. 자연대류에 의한 열전달로 인하여 소성대인 영역 5에서 세라믹 원료의 바닥과 윗면에서 온도 차이가 255K 정도 생겼다. 마지막으로 복사 열전달을 고려하였을 경우에 세라믹 원료 표면에서의 복사 열전달로 인하여 전도와 자연대류만 고려하였을 때보다 온도 차이가 45 K 정도 더 생겼다.

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Basic Study on the Heat Transfer During Rapid Freezing of Syobean Seed by Liquid Nitrogen

  • Kawano, Toshio;Nakano, Kohei;Murata, Satoshi
    • 한국농업기계학회:학술대회논문집
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    • 한국농업기계학회 1993년도 Proceedings of International Conference for Agricultural Machinery and Process Engineering
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    • pp.443-452
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    • 1993
  • Direct freezing tests of soybean seed by liquid nitrogen were carried out at various moisture contents and the following important conclusions were drawn from the results of temperature measurements of soybean seed and photographs of bubbles generated on its surface : 1) Assuming that the temperature gradient in a soybean seed is negligible because of its small seed size and the freezing ratio is followed the Heiss's formula, and a differential equation based on the heat energy balance was introduced . The equation was easily solved by the Runge-Kutta-Gill method and the predicted values of the temperature were in good agreement with the observed data. 2) The photographs of bubble generation during freezing showed the boiling mode was nucleate, and then the most suitable formula on the nucleate boiling heat transfer was introduced from many formulate proposed up to now by fitting the calculated values based on the formula to the observed data. The formula used for the predict on of the seed temperature was as follows: $\frac{{\partial}T_s}{\partial\theta}\;=\;-\frac{{\alpha}(T_s\;-\;T_L)^{3.3}}{W(C_s\;-\;\frac{{\delta}m(CT_s\;+\;{\sigma})}{T_s^2})}$ where C = difference of the specific heat between pure ice and water m=moisture content of soybean seed $T_s$ = seed temperature $T_L$ = Temperature of liquid nitrogen W = mass of soybean seed $\alpha$ = proportional constant $\delta$ = constant depends on variety or the type of seed $\theta$ = time $\sigma$ = latent heat of melting of pure ice This study will give important information in the hydro-freezing technique by liquid nitrogen, available as a new technique of processing agricultural products in the near future.

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불포화지반에 대한 열-수리-역학 거동의 수식화 (Formulation of Fully Coupled THM Behavior in Unsaturated Soil)

  • 신호성
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제27권3호
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    • pp.75-83
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    • 2011
  • 일반적인 불포화지반의 거동뿐만 아니라, 열과 관련된 분야, 지반환경 분야 등 다양한 분야에서 불포화 다공질 재료의 열적-수리적-역학적으로 결합된 문제들이 대두되면서 이러한 문제들을 해석하기 위한 수치도구 개발의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 거시적 접근법(macroscopic approach)에 근거하여 불포화지반에 대한 열-수리-역학거동의 수식화를 하였다. 흙, 물, 공기에 대한 질량보존의 법칙, 에너지 보존법칙, 그리고 하중평형 조건식으로부터 결합된(coupled) 4개의 지배방정식을 유도하였다. Galerkin 간략화와 시간적분으로부터 주 변수인 변위(u), 가스압($P_g$), 유체압($P_1$), 온도(T)를 Newton의 반복과정을 이용하여 구하는 유한요소 프로그램(FEM)을 작성하였다. 개발된 프로그램을 이용하여 다공질재료에서 2상 흐름 문제 중 일차원 배수실험(u-$P_g-P_1$), 온도 압밀(u-$P_1$-T), 그리고 지표면 온도변화에 의한 말뚝의 주변지반에 대한 영향(u-$P_1$-T)에 대하여 수치해석을 수행하고 논의하였다.

Nutrient Utilization, Body Composition and Lactation Performance of First Lactation Bali Cows (Bos sondaicus) on Grass-Legume Based Diets

  • Sukarini, I.A.M.;Sastradipradja, D.;Sutardi, T.;Mahardika, IG.;Budiarta, IG.A.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제13권12호
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    • pp.1681-1690
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    • 2000
  • A study on energy and protein utilization, and milk production of Bali cows on grass-legume diets was carried out using 12 first lactation cows (initial BW $263.79{\pm}21.66kg$) during a period of 16 weeks starting immediately post calving. The animals were randomly allotted into 4 dietary treatment groups R1, R2, R3 and R4, receiving from the last 2 months of pregnancy onwards, graded improved rations based on a mixture of locally available grass and legume feed ad libitum. R1 contained on a DM basis 70% elephant grass (PP, Penisetum purpureum) plus 30% Gliricidia sepia leaves (GS), R2 was 30% PP plus 55% GS supplemented with 15% Hibiscus tilliactus leaves (HT, defaunating effect), R3 and R4 were 22.5% PP+41.25% GS+11.25% HT+25% concentrate, where R3 was not and R4 supplemented with zinc di-acetate. TDN, CP and zinc contents of the diets were 58.2%, 12.05% and 18.3 mg/kg respectively for R1, 65.05%, 16.9% and 25.6 mg/kg respectively for R2, 66.03%, 16.71% and 29.02 mg/kg respectively for R3 and 66.03%, 16.71% and 60.47 mg/kg respectively for R4. Milk production and body weight were monitored throughout the experimental period. In vivo body composition by the urea space technique validated by the body density method and supported by carcass data was estimated at the start and termination of the experiment. Nutrient balance and rumen performance characteristics were measured during a balance trial of 7 days during the 3rd and 4th week of the lactation period. Results indicated that quality of ration caused improvement of ruminal total VFA concentration, increments being 52 to 65% for R2, R3 and R4 above R1, with increments of acetate being less (31 to 48%) and propionate being proportionally more in comparison to total VFA increments. Similarly, ammonia concentrations increased to 5.24 to 7.07 mM, equivalent to 7.34 to 9.90 mg $NH_3-N/100ml$ rumen fluid. Results also indicated that feed quality did not affect DE and ME intakes, and heat production (HP), but increased GE, UE, energy in milk and total retained energy (RE total) in body tissues and milk. Intake-, digestible- and catabolized-protein, and retained-protein in body tissues and milk (Rprot) were all elevated increasing the quality of ration. Similar results were obtained for milk yield and components with mean values reaching 2.085 kg/d (R4) versus 0.92 kg/d (R1) for milk yield, and 170.22 g/d (R4) vs 71.69 g/d (R1), 105.74 g/d (R4) vs 45.35 g/d (R1), 101.34 g/d (R4) vs 46.36 g/d (R1) for milk-fat, -protein, and -lactose, respectively. Relatively high yields of milk production was maintained longer for R4 as compared to the other treatment groups. There were no significant effects on body mass and components due to lactation. From the relationship $RE_{total}$ (MJ/d)=12.79-0.373 ME (MJ/d); (r=0.73), it was found that $ME_{m}=0.53MJ/kgW^{0.75}.d$. Requirement of energy to support the production of milk, ranging from 0.5 to 3.0 kg/d, follows the equation: Milk Prod. ($Q_{mp}$, kg/d)=[-2.48+4.31 ME($MJ/kg^{0.75}.d$)]; (r=0.6) or $Q_{mp}$=-3.4+[0.08($ME-RE_{body\;tissue}$)]MJ/d]; (r=0.94). The requirement for protein intake for maintenance ($IP_m$) equals $6.19 g/kg^{0.75}.d$ derived from the relationship RP=-47.4+0.12 IP; (r=0.74, n=9). Equation for protein requirement for lactation is $Q_{nl}$=[($Q_{mp}$)(% protein in milk)($I_{mp}$)]/100, where $Q_{nl}$ is g protein required for lactation, $Q_{mp}$ is daily milk yield, Bali cow's milk-protein content av. 5.04%, and $I_{mp}$ is metabolic increment for milk production ($ME_{lakt}/ME_{m}=1.46$).

증발산 산정을 위한 온도기반의 대체모형 개발 및 가뭄지수 적용성 평가 (Development of a surrogate model based on temperature for estimation of evapotranspiration and its use for drought index applicability assessment)

  • 김호준;김경욱;권현한
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제54권11호
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    • pp.969-983
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    • 2021
  • 수문기상인자 중 하나인 증발산은 수자원 계획 및 관리 시 고려되며, 특히 물수지모형 등 수문모형의 입력자료로 활용된다. FAO56 PM 방법은 기상인자로부터 기준증발산량(reference evapotranspiration, ET0)을 추정하며, 상대적으로 높은 정확성을 보여준다. 그러나 FAO56 PM 방법은 많은 기상인자가 필요하기 때문에 증발산 추정에 한계가 있다. 이러한 점에서 온도인자 기반의 Hargreaves 식의 매개변수를 Bayesian 모형을 통해 지역적으로 재추정하여 기준증발산량을 산정하였다. 통계 지표(CC, RMSE, IoA)를 활용하여 모형검증을 수행한 결과, 검증 기간에 대해 RMSE는 7.94 ~ 24.91 mm/month에서 6.77 ~ 12.94 mm/month로 기존 Hargreaves 식으로 추정된 증발산량에 비해 정확도가 크게 개선되었다. 본 연구에서는 산정된 기준증발산량을 활용해 증발 요구량(E0) 기반의 가뭄지수 EDDI (evaporative demand drought index)를 제시하였다. 가뭄지수로서 적용성을 확인하기 위해 강수량 및 SPI와 함께 최근 2014 ~ 2015년, 2018년 가뭄사상을 평가하였다. 한강유역에 위치한 춘천, 홍천의 2018년 가뭄 발생 당시, 주단위 EDDI가 2 이상까지 증가하였으며, 이를 통해 EDDI가 강수부족보다는 폭염에 대한 반응정도가 큰 것을 확인할 수 있었다. 가뭄지수 EDDI는 SPI와 함께 가뭄 분석 및 평가에 대해 활용성이 높은 것으로 사료된다.

On-line Generation of Three-Dimensional Core Power Distribution Using Incore Detector Signals to Monitor Safety Limits

  • Jang, Jin-Wook;Lee, Ki-Bog;Na, Man-Gyun;Lee, Yoon-Joon
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제36권6호
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    • pp.528-539
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    • 2004
  • It is essential in commercial reactors that the safety limits imposed on the fuel pellets and fuel clad barriers, such as the linear power density (LPD) and the departure from nucleate boiling ratio (DNBR), are not violated during reactor operations. In order to accurately monitor the safety limits of current reactor states, a detailed three-dimensional (3D) core power distribution should be estimated from the in-core detector signals. In this paper, we propose a calculation methodology for detailed 3D core power distribution, using in-core detector signals and core monitoring constants such as the 3D Coupling Coefficients (3DCC), node power fraction, and pin-to-node factors. Also, the calculation method for several core safety parameters is introduced. The core monitoring constants for the real core state are promptly provided by the core design code and on-line MASTER (Multi-purpose Analyzer for Static and Transient Effects of Reactors), coupled with the core monitoring program. through the plant computer, core state variables, which include reactor thermal power, control rod bank position, boron concentration, inlet moderator temperature, and flow rate, are supplied as input data for MASTER. MASTER performs the core calculation based on the neutron balance equation and generates several core monitoring constants corresponding to the real core state in addition to the expected core power distribution. The accuracy of the developed method is verified through a comparison with the current CECOR method. Because in all the verification calculation cases the proposed method shows a more conservative value than the best estimated value and a less conservative one than the current CECOR and COLSS methods, it is also confirmed that this method secures a greater operating margin through the simulation of the YGN-3 Cycle-1 core from the viewpoint of the power peaking factor for the LPD and the pseudo hot pin axial power distribution for the DNBR calculation.

온실의 냉방부하 및 포그시스템의 증발효율 실험분석 (Empirical Analysis on the Cooling Load and Evaporation Efficiency of Fogging System in Greenhouses)

  • 남상운;서동욱;신현호
    • 생물환경조절학회지
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    • 제24권3호
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    • pp.147-152
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    • 2015
  • 온실의 냉방부하 산정방법 개발을 위하여 열수지 방법에 기초한 냉방부하 산정식을 구성하고, 포그냉방 온실에서 냉방부하를 실측하여 검증하였다. 포그냉방 온실의 냉각열량은 포그분사에 의한 증발수량에 물의 증발잠열을 곱하여 구할 수 있다. 여기서, 증발수량은 포그 분사량에 증발효율을 곱하면 구할 수 있으며, 즉 분무수량을 계측하고 포그시스템의 증발효율을 알면 온실의 냉방부하를 실측할 수 있다. 따라서 온실의 냉방부하 실측을 위하여 실험온실에서 포그시스템의 증발효율을 실험하고, 실험온실의 열환경 계측과 더불어 포그 분사량을 계측하여 냉방부하 산정방법을 검토하였다. 먼저 냉방부하 산정식의 환기전열량을 검토하기 위하여 냉방을 실시하지 않은 상태에서 환기량 실측 실험을 통해 비교한 결과 열수지식을 이용한 환기전열량 예측은 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 이류체 포그시스템의 증발효율은 0.3~0.94의 범위를 보였으며 평균 0.67로 나타났고, 환기율이 증가함에 따라 커지는 것으로 나타났다. 포그냉방을 실시하면서 온실의 환경을 계측하여 열수지식으로 냉방부하를 계산하고, 분무량 실측치로부터 증발 냉각열량을 구하여 비교한 결과 냉방부하 계산치와 실측치는 대체로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 냉방부하가 낮은 경우에는 실측치에 비하여 약간 크게 예측되었고, 냉방부하가 높은 경우에는 실측치보다 작게 예측되었다. 온실의 냉방시스템 설계 시에는 최대냉방부하를 이용하여 냉방설비의 용량을 결정하게 된다. 따라서 냉방부하가 큰 쪽에서 실측치보다 작게 예측되는 부분은 검토가 필요하지만 설비용량 산정시의 안전계수를 고려하면 본 연구에서 제시한 냉방부하 산정방법은 온실의 환경설계에 적용할 수 있는 것으로 판단된다.

파손된 기름 탱크로부터의 유출양 산정을 위한 기초 연구 (A Preliminary Study for the Prediction of Leaking-Oil Amount from a Ruptured Tank)

  • 김우전;이영연
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제4권4호
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    • pp.21-31
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    • 2001
  • 바다에서 발생하는 유조선 등으로부터의 기름 유출사고는 해양환경을 크게 훼손하는 재앙에 속한다. 이러한 사고에 효과적으로 대응하기 위해서는 사고의 초기에 기름의 유출양을 정확히 판단하여 그에 적절한 대응방법을 수립하는 것이 필요하다. 기름 유출양의 추정을 위해서 사용되는 가장 간단한 방법은 토리첼리의 평형관계식을 사용하는 것이다. 하지만 이러한 평형관계식은 관성력과 점성력이 무시되었기 때문에 실제의 현상과는 다소 거리가 있다. 본 논문에서는 탱크로부터의 기름 유출양 산정을 위한 기초적인 실험과 수치계산을 수행하였다. 소형 유리 수조에 상자모양의 아크릴 기름탱크를 설치하고 종횡비가 다른 사각형의 유출구를 빠져나가는 기름의 양과 모양을 계측하였다. 그리고 유한체적법과 VOF법 등의 CFD 기술을 활용하여 기름과 물의 유동을 수치 시뮬레이션 하였다. CFD 계산견과는 실험에서 계측된 값과 좋은 일치를 보였으며, 복잡한 해난사고에서의 유출양 산정을 위한 CFD 기술의 활용가능성을 확인할 수 있었다. 본 논문의 실험조건에서 기름의 유출속도는 유출구의 형상에 따라 결정되는 유출구 내부의 마찰력에 의해 달라지며, 토리첼리 평형관계식으로부터 얻어지는 유출속도의 35~55%임을 알 수 있었고, 만약 유출구의 두께를 무시하면 종횡비에 상관없이 52%로 일정하게 추정되었다.

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