Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.4
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pp.277-286
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2012
In the numerical simulation of wave fields using a multi-phase flow model that considers simultaneous flows of materials with different states such as gas, liquid and solid, there is need of an accurate representation of the interface separating the fluids. We adopted an algebraic interface capturing method called tangent of hyperbola for interface-capturing(THINC) method for the capture of the free-surface in computations of multi-phase flow simulations instead of geometrical-type methods such a volume of fluid(VOF) method. The THINC method uses a hyperbolic tangent functions to represent the surface, and compute the numerical flux for the fluid fraction functions. One of the remarkable advantages of THINC method is its easy applicability to incorporate various numerical codes based on Navier-Stokes solver because it does not require the extra geometric reconstruction needed in most of VOF-type methods. Several tests were carried out in order to investigate the advection of interfaces and to verify the applicability of the THINC method to wave fields based on the one-field model for immiscible two-phase flows (TWOPM). The numerical results revealed that the THINC method is able to track the interface between air and water separating the fluids although its algorithm is fairly simple.
This study presents a particle-wall filtration model for predicting the particle motion behavior in a typical rotational flow field-filtration in blower system of cooker hood. Based on computational fluid dynamics model, air flow and particles has been simulated by Lagrangian-particle/ Eulerian-gas approaches and get verified by experiment data from a manufacturer. Airflow volume, particle diameter and local structure, which are related to the particle filtration has been studied. Results indicates that: (1) there exists an optimal airflow volume of $1243m^3/h$ related to the most appropriate filtration rate; (2) Diameter of particle is the significant property related to the filtration rate. Big size particles can represent the filtration performance of blower; (3) More than 86% grease particles are caught by impeller blades firstly, and then splashed onto the corresponding location of worm box internal wall. These results would help to study the micro-particle motion behavior and evaluate the filtration rate and structure design of blower.
A compressible multiphase flow was investigated using a DIM consisting of seven equations, including the fifth-order MLP and a modified HLLC Riemann solver to achieve a precise interface structure of liquid and gas. The numerical methods were verified by comparing the flow structures of the high-pressure water and low-pressure air in the shock tube. A 2D air-helium shock-bubble interaction at the incident shock wave condition (Mach number 1.22) was numerically solved and verified using the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.5
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pp.471-479
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2010
The adiabatic two-phase flow in single rectangular microchannels was studied for different aspect ratios. The working fluids were liquid water and nitrogen gas. The hydraulic diameters of the rectangular microchannels were 490, 322, and $143\;{\mu}m$, and the widths of the microchannels were around $500\;{\mu}m$. The two-phase flow pattern was visualized using a high-speed camera and a long-distance microscope. This study was focused on bubble flow regimes. From the visualized images, the bubble velocity, bubble length, number of bubbles, and void fraction were evaluated. Further, the pressure drop in a single bubble was evaluated by using a unit cell model. The bubble velocity is proportional to the superficial velocity. Further, the relationship between the void fraction and the volumetric quality is linear. The pressure drop in a single elongated bubble is strongly related to the aspect ratio. Finally, the new correlation about the pressure drop of a single elongated bubble in the rectangular microchannel was proposed.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.11
no.6
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pp.912-920
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1999
The forced convective boiling heat transfer coefficients of R-407C were measured inside a horizontal tube 6.0mm I.D. and 4.0m long. The heat transfer coefficients increased according to an increase in heat flux at constant mass flux. Because nucleation was completely suppressed in the two-phase flow region with high quality, heat transfer coefficients in forced convective evaporation were higher than those in nucleate boiling region. Average heat transfer coefficients of R-407C were about 30 percent lower than the pure refrigerant correlation, due to mass transfer resistance at the gas-liquid interface. However, the total experimental data shows an agreement with the predicted data for ternary refrigerant mixtures with a mean deviation of 30%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.11
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pp.1027-1033
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2010
A two-phase (gas-liquid) flow is a common phenomenon in fluidic systems, e.g., fluidic systems in the electro-magnetic or nuclear power generation industry and in the steel industry. The measurement of a two-phase flow is important for guaranteeing the safety of the system and for achieving the desired performance. The measurement of the void fraction, which is one of the parameters of the two-phase flow that determines the pressure drop and heat transfer coefficient, is very important. The time resolution achieved by employing the impedance method that can be used to calculate the void fraction from the impedance of the fluid is high because the electric characteristics are taken into account. Therefore, this method can be employed to accurately measure the void fraction without distortion of flow in real time by placing electrodes on the walls of the tubes. Coney analytically studied a ring-type impedance meter, which can be employed in a circular tube. The aim of this study is to experimentally verify the robustness of a three-ring impedance meter to variations in the electric conductivity of the fluid; this robustness was suggested by Coney but was not experimentally verified.
Two mesophilic trickling bed bioreactors filled with two different types of media, hydrophilic- and hydrophobic-cubes, were designed and tested for hydrogen production via anaerobic fermentation of sucrose. Each reactor consisted of a column packed with polymeric cubes and inoculated with heat-treated sludge obtained from anaerobic digestion tank. A defined medium containing sucrose was fed with changing flow rate into the capped reactor, hydraulic retention time and recycle rate. Hydrogen concentrations in gas-phase were constant, averaging 40% for all conditions tested. Hydrogen production rates increased up to $10.5 L{\cdot};h^{-1}{\cdot}L^{-1}$ of reactor when influent sucrose concentrations and recycle rates were varied. Hydrophobic media provided higher value of hydrogen production rate than hydrophilic media at the same operation conditions. No methane was detected when the reactor was under a normal operation. The major fermentation by-products in the liquid effluent of the both trickling biofilters were acetate and butyrate. The reactor filled with hydrophilic media became clogged with biomass and bio gas, requiring manual cleaning of the system, while no clogging occurred in the reactor with hydrophobic media. In order to make long-term operation of the reactor filled with hydrophilic media feasible, biofilm accumulation inside the media in the reactor with hydrophilic media and biogas produced from the reactor will need to be controlled through some process such as periodical backwashing or gas-purging. These tests using trickling bed biofilter with hydrophobic media demonstrate the feasibility of the process to produce hydrogen gas in a trickle-bed type of reactor. A likely application of this reactor technology could be hydrogen gas recovery from pre-treatment of high carbohydrate-containing wastewaters.
The Sulfur-iodine(SI) thermochemical cycle is one of the most promising methods for massive hydrogen production. For the purpose of continuous operation of SI cycle, phase separation characteristics into two liquid phases ($H_2SO_4$-rich phase and $HI_x$-rich phase) were directly investigated via Bunsen reaction. The experiments for Bunsen reaction were carried out in the temperature range, from 298 to 333 K, and in the $I_2/H_2O$ molar ratio of $0.109{\sim}0.297$ under a continuous flow of $SO_2$ gas. As the results, solubility of $SO_2$, decreased with increasing the temperature, had considerable influence on the global composition in the Bunsen reaction system. The amounts of impurity in each phase(HI and $I_2$ in $H_2SO_4$-rich phase and $H_2SO_4$ in $HI_x$-rich phase) were decreased with increasing $H_2SO_4$ molar ratio and temperature. To control the amounts of impurity in $HI_x$-rich phase, temperature is a factor more important than $I_2/H2_O$ molar ratio. On the other hand, the affinity between $HI_x$ and $H_2O$ was increased with increasing $I_2/H2_O$molar ratio.
Turbulent in-situ mixing process is a new material process technology to get dispersed phase in nanometer size by controlling reaction of liquid/solid, liquid/gas, flow ana solidification speed simultaneously. In this study, mixing which is the key technology to this synthesis method was studied by computational fluid dynamics. For the simulation of mixing of liquid metal, static mixers investigated. Two inlets for different liquid metal meet ana merge like 'Y' shape tube having various shapes and radios of curve. The performance of mixer was evaluated with quantitative analysis with coefficient of variance of mass fraction. Also, detailed plots of intersection were presented to understand effect of mixer shape on mixing. The simulations show that the Reynolds number (Re) is the important factor to mixing and dispersion of $TiB_2$ particles. Mixer was designed according to the simulation, and $Cu-TiB_2$ nano composites were evaluated. $TiB_2$ nano particles were uniformly dispersed when Re was 1000, and cluster formation and reduction in volume fraction of $TiB_2$ were found at higher Re.
Kim, Hae-Ri;Jeon, Min-Kyu;Kim, Joon-Woo;Joo, Gwang-Tae;Choung, Suk-Jin
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.5
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pp.512-522
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2008
Ammonia is a major compound of odor in livestock house. To enhance the performance of ammonia oxidation (decomposition). the gas-liquid, two phase photocatalytic oxidation system was designed and prepared in this study. Commercial P-25 as $TiO_2$ catalyst was used for ammonia decomposition. V/P-25 catalyst prepared by sol gel method was also used for the removal of by-producted $NO_x$ in $NH_3$ oxidation reaction. When $TiO_2$ was used as a photocatalyst, the conversion to $N_2$ in ammonia decomposition reached above 90% until 200hr (The air flow rate of 4L/min with the ammonia concentration up to 25ppm.). However, considerable amounts of NO and $NO_2$ were formed as a result of $NH_3$ oxidation (as a by-product). Therefore, we added Vanadia impregnated $TiO_2$(P-25) catalyst for the removal of $NO_x$ at the end of reaction trail. The results of a pilot-scale operation were successful to achieve the simultaneous removal of $NH_3\;and\;NO_x$ about 81 and 87%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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