• 제목/요약/키워드: Entrained flow

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비정렬격자 2-유체 3-상 유동 해석 기법 (NUMERICAL METHOD FOR THE TWO-FLUID THREE-FIELD MODEL ON AN UNSTRUCTURED MESH)

  • 김종태;박익규;조형규;윤한영;정재준
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 2007년도 추계 학술대회논문집
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    • pp.243-248
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    • 2007
  • A three-dimensional (3D) unstructured hydrodynamic solver for transient two-phase flows has been developed. A two-fluid three-field model was adopted for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, an entrained liquid, and a vapour field. The hydrodynamic solver is for the 3D component of a nuclear system code and the component-scale analysis tools for transient two-phase flows. The finite volume method and unstructured grid are adopted, which are useful for the flows in a complicated geometry. The semi-implicit ICE (Implicit Continuous-fluid Eulerian) numerical scheme has been adapted to the unstructured non-staggered grid. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations. The results show that the numerical scheme is robust and predicts the phase change and the flow transitions due to boiling and flashing problems well.

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임펠러 형상에 따른 원심펌프의 특성 (Characteristics of centrifugal pump according to the shape of impeller)

  • 김성윤;김유택;남청도;이영호;강호근;김성동
    • 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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    • 한국마린엔지니어링학회 2005년도 후기학술대회논문집
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    • pp.43-44
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    • 2005
  • The effect of break down of centrifugal pump due to entrained air has not been clarified yet. Thus, air-water two-phase flow experimental apparatus was installed to clarify the effect of break down. The performance results of a single-phase flow satisfied reappearance. Also, the heads coincided well impeller types.

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진공 이젝터 시스템의 유동 컨트롤 (Flow Control in the Vacuum-Ejector System)

  • ;김희동
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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    • pp.321-325
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    • 2010
  • Supersonic ejectors are simple mechanical components, which generally perform mixing and/or recompression of two fluid streams. Ejectors have found many applications in engineering. In aerospace engineering, they are used for altitude testing of a propulsion system by reducing the pressure of a test chamber. It is composed of three major sections: a vacuum test chamber, a propulsive nozzle, and a supersonic exhaust diffuser. This paper aims at the improvement of ejector-diffuser performance by focusing attention on reducing exhaust back flow into the test chamber, since alteration of the backflow or recirculation pattern appears as one of the potential means of significantly improving low supersonic ejector-diffuser performance. The simplest backflow-reduction device was an orifice plate at the duct inlet, which would pass the jet and entrained fluid but impede the movement of fluid upstream along the wall. Results clearly showed that the performance of ejector-diffuser system was improved for certain a range of system pressure ratios, whereas the orifice plate was detrimental to the ejector performance for higher pressure ratios. It is also found that there is no change in the performance of diffuser with orifice at its inlet, in terms of its pressure recovery. Hence an appropriately sized orifice system should produce considerable improvement in the ejector-diffuser performance in the intended range of pressure ratios.

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습식분류층 석탄가스화기 수치해석 및 실험적 연구 (Numerical and Experimental Study on the Coal Reaction in an Entrained Flow Gasifier)

  • 김혜숙;최승희;황민정;송우영;신미수;장동순;윤상준;최영찬;이재구
    • 대한환경공학회지
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    • 제32권2호
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    • pp.165-174
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    • 2010
  • 석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

Orifice Inlet효과에 의한 이젝터 성능에 관한 수치해석적 연구 (Numerical Investigation of the Effects of an Orifice Inlet on the Performance of an Ejector)

  • ;김희동
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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    • pp.318-322
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    • 2009
  • Supersonic ejectors are simple mechanical components, which generally perform mixing and/or recompression of two fluid streams. Ejectors have found many applications in engineering. In aerospace engineering, they are used for altitude testing of a propulsion system by reducing the pressure of a test chamber. It is composed of three major sections: a vacuum test chamber, a propulsive nozzle, and a supersonic exhaust diffuser. This paper aims at the improvement of ejector-diffuser performance by focusing attention on reducing exhaust back flow into the test chamber, since alteration of the backflow or recirculation pattern appears as one of the potential means of significantly improving low supersonic ejector-diffuser performance. The simplest backflow-reduction device was an orifice plate at the duct inlet, which would pass the jet and entrained fluid but impede the movement of fluid upstream along the wall. Results clearly showed that the performance of ejector-diffuser system was improved for certain a range of system pressure ratios, where as there was no appreciable transition in the performance for lower pressure ratios and the orifice plate was detrimental to the ejector performance for higher pressure ratios. It is found that an appropriately sized orifice system should produce considerable improvement in the ejector-diffuser performance in the intended range of pressure ratios.

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액체-액체-기체 3상 접촉선에서의 와류에 의한 혼합 가시화 (Visualization of Vortex-induced Mixing at the Liquid-liquid-gas 3-phase Contact Line)

  • 김태홍;김형수;김승호;김호영
    • 한국가시화정보학회지
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    • 제10권3호
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    • pp.21-24
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    • 2012
  • Although the motion of the three-phase contact line on a solid substrate has been extensively studied thus far, the understanding of the dynamics of the contact line of liquid/liquid/gas phases is far from complete. Here we deposit a drop of isopropyl alcohol (IPA) on water and HFE-7100 whose free surfaces are exposed to air to observe the flow field around the contact line. By combining the shadowgraph and high-speed imaging techniques, we find that vortices are spontaneously generated at the contact line, which grow in size with time. The flow is attributed to the Marangoni stress that pulls a liquid of lower-surface tension toward a liquid surface having a higher surface tension. However, it is not still clear why the entrained lower-surface-tension liquid should whirl rapidly beneath the contact line. We also visualize the flow by the particle image velocimetry (PIV) to find out that the rotational velocity reaches the order of 1 mm/s near the free surface.

석탄 가스화 반응의 동적 거동 전산 모사 (Dynamic Modeling of Gasification Reactions in Entrained Coal Gasifier)

  • 지준화;오민;김시문;김미영;이중원;김의식
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제22권3호
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    • pp.386-401
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    • 2011
  • Mathematical models for various steps in coal gasification reactions were developed and applied to investigate the effects of operation parameters on dynamic behavior of gasification process. Chemical reactions considered in these models were pyrolysis, volatile combustion, water shift reaction, steam-methane reformation, and char gasification. Kinetics of heterogeneous reactions between char and gaseous agents was based on Random pore model. Momentum balance and Stokes' law were used to estimate the residence time of solid particles (char) in an up-flow reactor. The effects of operation parameters on syngas composition, reaction temperature, carbon conversion were verified. Parameters considered here for this purpose were $O_2$-to-coal mass ratio, pressure of reactor, composition of coal, diameter of char particle. On the basis of these parametric studies some quantitative parameter-response relationships were established from both dynamic and steady-state point of view. Without depending on steady state approximation, the present model can describe both transient and long-time limit behavior of the gasification system and accordingly serve as a proto-type dynamic simulator of coal gasification process. Incorporation of heat transfer through heterogenous boundaries, slag formation and steam generation is under progress and additional refinement of mathematical models to reflect the actual design of commercial gasifiers will be made in the near futureK.

분류층 반응기에서의 석탄가스화 모델링 연구 (A study on the coal gasification modeling in an Entrained Flow Gasifier)

  • 주지선;지준화;정재화
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.106.1-106.1
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    • 2010
  • 석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

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버너방식 DPF 시스템에서 가스온도 제어를 통한 입자상물질 연소율제어의 실험적 검증 (An Experimental Study on the Control of the Combustion Rate by Temperature Control of Gas Entrained into the Filter in Burner-Type Particulate Trap)

  • 박동선;김재업;조훈;김응서
    • 한국자동차공학회논문집
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    • 제5권4호
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    • pp.130-141
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    • 1997
  • Work on the reduction of particulate matter(PM) from a diesel vehicl has led to a new trp system and a control method to control the combustion rate of the PM filtrated in the trap, which was named as 'Active Exhaust Feeding Regeneration(AEFR) System' by its operation mechanism. Ceramic cordierite filter is a major component of the trap and susceptible to thermal shock. Therefore the system should be designed to reduce the peak temperature and temperature gradients in the trap ; these have been considered to be the main factors causing thermal shock of the filter during the regeneration. It uses the engine's exhaust gas partially for the regeneration of the ceramic filter. It controlled bypass flow rate of the engine's exhaust gas precisely to control the temperature of the gas entrained into the filter. Gas temperatures were measured inside filter, and the oxygen concentration at the outlet of the filter was also monitored during the regeneration to analyze the combustion process of the PM. The temperature distributions and temperature gradients in the filter during the regeneration varied widely according to the regeneration control schemes. Finally, this system shows relatively low peak temperature and temperature gradients in the filter during its regeneration. It is considered that this system uses a mew method to control the combustion rate of the PM, which is different from the methods used in the previous studies.

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습식 분류상 가스화장치를 이용한 중질잔사유(Vacuum residue)의 가스화 특성연구 (Experimental study on the characteristics of Vacuum residue gasification in an entrained-flow gasifier)

  • 최영찬;박태준;김재호;이재구;홍재창;김용구;나재익
    • 한국에너지공학회:학술대회논문집
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    • 한국에너지공학회 2002년도 추계 학술발표회 논문집
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    • pp.171-184
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    • 2002
  • 우리나라 5개 정유사에서 일간 생산되는 중질잔사유 (Vacuum Residue) 량은 약 200,000 B/d이며, 일부는 Asphalt 또는 Sulfur fuel oil, 기타 탈황공정(RHD)둥에서 upgrading 되고 있다. 중질잔사유는 유황 및 중금속 물질의 함유량이 높아 가스화를 통한 효율적인 이용이 요구되고 있으며, 최근들어 효율적인 중질잔사유의 사용을 위하여 SK정유와 LG, Caltex에서 435-500 MWe IGCC 발전소 및 수소 제조공정을 위한 타당성 조사를 한 바 있다. 현재 한국에너지기술연구원에서는 습식분류상 가스화장치를 이용하여 중질잔사유가스화 특성에 관한 연구를 수행하고 있다. 실험은 반응온도 : 1,100~1,25$0^{\circ}C$, 반응압력 : 1~6kg/$ extrm{cm}^2$G, oxygen/V.R ratio : 0.8~0.9 and steam/V.R ratio : 0.4~0.5를 유지하며 수행되었으며, 실험을 통해 합성가스(CO+H$_2$) 조성 : 85~93%, 생성가스 유량 : 50~110Nm$^3$/hr., 발열량 : 2,300~3,000 ㎉/Nm$^3$, 탄소전환율 : 65~92 및 냉가스효율 = 60~70%를 얻을 수 있었다. 아울러, 평형모델을 이용하여 중질잔사유가스화 공정을 모형화 하였으며 계산결과를 실험결과와 비교하여 모델의 타당성을 검토하였다.

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