• 대한기계학회논문집B
• /
• 제26권9호
• /
• pp.1201-1208
• /
• 2002

A numerical flow-field analysis is performed to investigate flow configurations in the anode, cathode and cooling channels on the bipolar plates of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Continuous open-faced flow channels are formed on the bipolar plate surface to supply hydrogen, air and water. In this analysis, two types of channel pattern are considered: serpentine and spiral. The averaged pressure distribution and velocity profiles of the hydrogen, air and water channels are calculated by two-dimensional flow-field analysis. The equations for the conservation of mass and momentum in the two-dimensional fluid flow analysis are slightly modified to include the characteristics of the PEMFC. The analysis results indicate that the serpentine flow-fields are locally unstable (because two channels are cross at right angles). The spiral flow-fields has more stable than the serpentine, due to rotational fluid-flow inertia forces. From this study, the spiral channel pattern is suggested for a channel pattern of the bipolar plate of the PEMFC to obtain better performance.

• 대한기계학회:학술대회논문집
• /
• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집E
• /
• pp.482-487
• /
• 2001

A CFD study was conducted to evaluate the nuclear fuel assembly coolant mixing that is promoted by the flow-mixing vanes on the grid spacer. Four mixing vanes (split vane, swirl vane, twisted vane, hybrid vane) were chosen in this study. A single subchannel of one grid span is modeled using the flow symmetry. The three mixing vanes other than swirl vane generate a large crossflow between the subchannels and a skewed elliptic swirling flow in the subchannel near the grid spacer. The swirl vane induces a circular swirling flow in the subchannel and a negligible crossflow. The split vane and the twisted vane were predicted to result in relatively larger pressure drop across the grid spacer. Since the average turbulent kinetic energy in the subchannel rapidly decreases to a fully developed level downstream of the spacer, turbulent mixing caused by the mixing vanes appears to be not as effective as swirling flow mixing in the subchannel. In summary, the CFD analysis represented the overall characteristics of coolant mixing well in a nuclear fuel assembly with the flow mixing vanes on the grid spacer. The CFD study is therefore quite useful for the development of an advanced flow-mixing vane.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
• /
• pp.260-263
• /
• 2005

The effects of internal manifold designs the reactant feed-stream in Polymer Electrolyte Fuel Cells (PEFCs) is studied to figure out mass flow-distribution patterns over an entire fuel cell stack domain. Reactants flows are modeled either laminar or turbulent depending on regions and the open channels in the bipolar plates are simulated by porous media where permeability should be pre-determined for computational analysis. In this work, numerical models for reactant feed-stream in the PEFC manifolds are classified into two major flow patterns: Z-shape and U-shape. Several types of manifold geometries are analyzed to find the optimal manifold configurations. The effect of heat generation in PEFC on the flow distribution is also investigated applying a simplified heat transfer model in the stack level (i.e. multi-cell electrochemical power-generation unit). This modeling technique is well suited for many large scale problems and this scheme can be used not only to account for the manifold flow pattern but also to obtain information on the optimal design and operation of a PEMC system.

• 신재생에너지
• /
• 제1권2호
• /
• pp.41-52
• /
• 2005

The effects of internal manifold designs on the reactants feed-stream in Polymer Electrolyte Fuel Cells [PEFCs] is studied to figure out flow and thermal distribution patterns over an entire fuel cell stack. Reactants flows are modeled either laminar of turbulent depending on regions and the open channels in the bipolar plates are simulated by porous media where permeability should be pre-deter-mined for computational analysis. In this work, numerical models for reactants feed-stream In the PEFC manifolds are classified Into two major flow patterns: Z-shape and U-shape. Several types of manifold geometries are analyzed to find the optimal manifold configurations. The effect of heat generation in PEFC on the flow distribution is also Investigated applying a simplified heat transfer model in the stack level (i.e. multi-cell electrochemical power-generation unit). This modeling technique Is well suited for many large scale problems and this scheme can be used not only to account for the manifold flow pattern but also to obtain Information on the optimal design and operation of PEFC systems.

• 항공우주기술
• /
• 제3권2호
• /
• pp.183-190
• /
• 2004

액체로켓용 연료펌프의 설계를 검증하기 위해 상용 3차원 유동해석 소프트웨어를 이용하여 설계점 성능을 예측하였다. 연료펌프의 성능과 축추력에 영향을 미치는 누설유량에 대한 예측의 정확도를 높이기 위해 인듀서, 임펠러, 볼류트 및 2차 유로를 계산영역으로 설정하였으며 인듀서/임펠러/누설유로/볼류트 사이의 경계면에 혼합면 기법을 적용하여 계산에 소요되는 시간을 줄이고자 하였다. 유동해석을 통해 예측된 수력성능은 설계요구조건을 만족시키는 것으로 나타났으나 축추력이 허용치에 비해 크게 예측되어 이를 감소시키기 위한 설계변경이 이루어졌다. 변경된 설계안에 대한 유동해석을 수행한 결과 연료펌프의 수력성능은 유지되면서 축추력은 처음의 설계안에 비해 30% 수준으로 크게 감소하였음을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
• /
• pp.9-12
• /
• 2010

본 논문은 연료 과농 연소 환경 하의 이중 와류 동축형 분사기의 유량 통과 특성 파악을 위해 수행한 실험결과를 수록하였다. 액체산소와 케로신(Jet A-1)을 사용하여 연소시험을 수행하고 유량 통과 특성을 유량계수로 표현하였다. 유량계수 산출을 위해 유량, 압력, 온도를 계측하였다. 연료 분사기의 경우, 산화제 측 분사기 형상, 연소압, 혼합비에 관계없이 일정한 유량 계수 값을 보였다. 이에 반해 산화제 분사기는 연소압과 혼합비 변화에 영향을 받는 것으로 나타났다. 화염 형성 변화가 유량계수 변화에 특히 산화제 측에 영향을 주고 있음을 밝혔다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 한국연소학회 2015년도 제51회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
• /
• pp.291-293
• /
• 2015

The experimental study on flow characteristic in various laminar coflow diffusion flame has been conducted with a particular focus on the buoyancy force exerted from gaseous hydrocarbon fuels. Methane ($CH_4$), Ethylene ($C_2H_4$) and n-Butane ($C_4H_{10}$) were used as fuels. Coflow burner and Schlieren technique were used to observe the fuel flow field near nozzle exit and flow characteristics in flames. The result showed that the vortices in n-Butane with density heavier than air were appeared near the nozzle exit with the strong negative buoyancy on the fuel stream. As Reynolds number increases by the control of velocity, the vortices were greater and the vortices tips were moved up from the nozzle exit. In addition, it can be found that the heated nozzle can affect to the flow fields of fuel stream near the nozzle exit.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제30권5호
• /
• pp.489-495
• /
• 2006

Proton exchange membrane (PEM) should be sufficiently hydrated with a careful consideration of heat and water management. Water management has been a critical operation issue for better understanding the operation and optimizing the performance of a PEM fuel cell. The flooding on cathode side resulting from excess water can limit the fuel cell performance. In this study, the visual cell was designed and fabricated fur the visualization of liquid water droplet dynamics related to cathode flooding in flow channels. The experiment was carried out to observe the formation, growth and removal of water droplets using CCD imaging system. Effects of operating conditions such as cell temperature, air flow rate and air relative humidity on cathode flooding characteristics were mainly investigated. Based on this study, we can get the basic insight into flooding phenomena and its two-phase flow nature. It is expected that data obtained can be effectively used fur the setup and validation of two-phase PEM fuel cell models considering cathode flooding.

• 디지털융복합연구
• /
• 제14권6호
• /
• pp.245-251
• /
• 2016

3차원 모델링을 이용하여 연료전지의 유로형상과 유체의 흐름 방향에 따른 연료전지의 성능에의 영향성을 분석을 수행하였다. 본 연구에서 연료전지 내부의 각 유로형상과 유동장의 변화에 전류밀도와 온도의 분포가 어떻게 이루어져 있는지를 분석하였고, 연료전지 단위셀의 전체적인 성능을 분석하였다. 3차원 모델링을 수행하기 위하여 Navier-Stokes 방정식을 전산유체역학을 이용하여 풀었다. 전산유체역학에 전기화학반응의 모델을 융합하여 계산을 수행하였다. 또한, 본 연구에서는 직선유로와 실제 사용되는 형태인 직사각형 모양의 유로형태를 모사하여 유로구조의 영향성을 분석하였다. 그리고 유체의 유동장을 변형시켜 그 영향성과 결과를 비교해 보았다. 본 전산모사 연구를 통하여 연료가 풍부한 부분보다는 산소가 풍부한 부분에서 전류밀도가 보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한 전반적으로 전류밀도가 높은 곳에서 온도가 높은 것으로 확인할 수 있었다. 본 연구를 통하여 온도의 분포와 유로형상과 유동장 그리고 전류밀도의 연관성을 확인할 수 있었다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제15권12호
• /
• pp.2582-2589
• /
• 2011

본 논문에서는 차량 OBD-II 인터페이스를 통해 쉽게 확보할 수 있는 차량 진단 정보로부터 차량의 연료 소모량을 예측하는 방법을 제안하였다. 이를 위해 차량으로부터 제공되는 흡입 공기량(MAF), 단기 연료 보정(STFT), 장기 연료 보정 (LTFT) 값이 연료 소모량과 관계가 있다고 가정하고, 흡입 공기량, 단기 연료 보정, 장기 연료 보정을 입력 변수로 하며, 연료 소모량을 출력으로 구성하였다. 차량 OBD-II 인터페이스를 이용하여 획득한 값과 차량관련 전문업체로부터 지원받은 연료 소모량 값의 관계를 연소 반응식으로 구성하였다. 제안한 방식의 유용성을 확인하기 위해 도심 도로 5 Km를 실제 주행테스트를 수행하였고, 제안한 차량 데이터를 이용한 연료 소모량 예측 알고리즘의 성능을 확인하였다.