Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.28
no.11
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pp.434-443
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2016
The evaporation of water from an aqueous solution is widely used in the food, desalination, pulp, and chemical industries. Usually, a large amount of energy is consumed in the evaporation process to boil off water due to atmospheric pressure. As a way of improving the energy efficiency of the evaporation process, the combination of multiple effect evaporation and thermal vapor recompression has been proposed and has become a successful technique. In this study, 4 multiple-effect falling film type evaporators for sugar solution are designed and the energy efficiency of the system is analyzed in response to the selection of the steam ejector position. Energy efficiency is increased and vapor is more compressed in the steam ejector as the Thermal Vapor Recompression (TVR) is arranged in the rear part of the evaporator system. A simplified 0-dimensional evaporator model is developed using non-linear equations derived from mass balances, energy balances, and heat transfer equations. Steam economy is calculated to compare the evaporation performance of the 4 proposed evaporators. The entrainment ratio, compression ratio, and expansion ratio are computed to check the ejector performance.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.9
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pp.815-824
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2015
In this study, we conducted the approximate multi-objective optimization of gap sizes of pressurized-water reactor (PWR) annular fuels. To determine the contacting tendency of the inner-outer gaps between the annular fuel pellets and cladding, thermoelastic-plastic-creep (TEPC)analysis of PWR annular fuels was performed, using in-house FE code. For the efficient heat transfer at certain levels of stress, we investigated the tensile, compressive hoop stress and temperature, and optimized the gap sizes using the non-dominant sorting genetic algorithm (NSGA-II). For this, response surface models of objective and constraint functions were generated, using central composite (CCD) and D-optimal design. The accuracy of approximate models was evaluated through $R^2$ value. The obtained optimal solutions by NSGA-II were verified through the TEPC analysis, and we compared the obtained optimum solutions and generated errors from the CCD and D-optimal design. We observed that optimum solutions differ, according to design of experiments (DOE) method.
Explosions and fires on offshore drilling units and process plants, which cause loss of life and environmental damage, have been studied extensively. However, research on drilling units increased only after the 2010 Deepwater Horizon accident in the Gulf of Mexico. A major reason for explosions and fires on a drilling unit is blowout, which is caused by a failure to control the high temperatures and pressures upstream of the offshore underwater well. The area susceptible to explosion and fire due to blowout is the drill floor, which supports the main drilling system. Structural instability and collapse of the drill floor can threaten the structural integrity of the entire unit. This study simulates the behavior of fire subsequent to blowout and assesses the thermal load. A heat transfer structure analysis of the drill floor was carried out using the assessed thermal load, and the risk was noted. In order to maintain the structural integrity of the drill floor, passive fire protection of certain areas was recommended.
A cold gas blow-down hydraulic actuation system is widely used in missiles that require an actuation system with a fast response time under a limited space with a short operating time and large loads on the actuators. The system consists of a pneumatic part that supplies the regulated high-pressure gas to a reservoir, and a hydraulic part that supplies pressurized hydraulic oil to the actuators by the pressurized gas in the reservoir. This paper proposes a mathematical model to analyze and simulate the pneumatic part of an actuation system that supplies the operating power to the actuators. The mathematical model is based on the ideal gas equation and also considers the models for heat transfer. The model is applied to the pressure vessel and the gas part of the reservoir, and the model for the pneumatic part is established by connecting the two models for the parts. The model is validated through a comparison of the simulation results with the experimental results. The comparison shows that the suggested model could be useful in the design of the pneumatic part of a cold gas blow-down type hydraulic actuation system.
In response to growing environmental and collision-safety concerns, the automotive industry has gradually used high-strength and ultla-high-strength steels to reduce the weight of automobiles. In order to overcome inherent process disadvantages of these materials such as poor formability and high springback at room temperature, hot forming has recently been developed and adopted to produce some important structural parts in automobiles. This method enables manufacturing of components with complex geometric shapes with minimal springback. In addition, a quenching process may enhance the material strength by more than two times. This paper investigates mechanical and forming characteristics of high-strength boron-alloyed steel with hot forming, in terms of hardness, microstructure, residual stress, and springback. In order to compare with experimental results, a finite element analysis of hot forming process coupled with phase transformation and heat transfer was carried out using DEFORM-3D V6.1 and also, to predict high temperature mechanical properties and flow curves for different phases, a material properties modeler, JMatPro was used.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.841-855
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1999
In the present work, the effect of a flow maldistribution on the thermal and conversion response of 8 monolith catalytic converter is Investigated. To achieve this goal, a combined chemical reaction and multi-dimensional fluid dynamic mathematical model has been developed. The present results show that flow uniformity within the monolith brick has 8 great impact on light-off performance of the catalytic converter. In the case of lower flow uniformity, large portions of the monolith remain cold due to locally concentrated high velocities and CO, HC are unconverted during warm-up period, which loads to retardation of light-off. It has been also found that the heat-up pattern of the monolith ill similar to the flow distribution profile, In the early stage of the reaction. It may be concluded that flow maldistribution can cause a significant retardation of the light-off and hence can eventually worsen tho conversion efficiency of automotive catalytic converter.
Current paper deals with thermoelastic static and free vibrational behaviors of axisymmetric thick cylinders reinforced with functionally graded (FG) randomly oriented graphene subjected to internal pressure and thermal gradient loads. The heat transfer and mechanical analyses of randomly oriented graphene-reinforced nanocomposite (GRNC) cylinders are facilitated by developing a weak form mesh-free method based on moving least squares (MLS) shape functions. Furthermore, in order to estimate the material properties of GRNC with temperature dependent components, a modified Halpin-Tsai model incorporated with two efficiency parameters is utilized. It is assumed that the distributions of graphene nano-sheets are uniform and FG along the radial direction of nanocomposite cylinders. By comparing with the exact result, the accuracy of the developed method is verified. Also, the convergence of the method is successfully confirmed. Then we investigated the effects of graphene distribution and volume fraction as well as thermo-mechanical boundary conditions on the temperature distribution, static response and natural frequency of the considered FG-GRNC thick cylinders. The results disclosed that graphene distribution has significant effects on the temperature and hoop stress distributions of FG-GRNC cylinders. However, the volume fraction of graphene has stronger effect on the natural frequencies of the considered thick cylinders than its distribution.
Current industrial practices and approaches are simplified and do not describe the actual behavior of plated elements of offshore topside structures for safety design due to fires. Therefore, it is better to make up for the defective methods with integrated fire safety design methods based on fire resistance characteristics such as residual strength capacity. This study numerically investigates the residual strength of steel stiffened panels exposed to hydrocarbon jet fire. A series of nonlinear finite element analyses (FEAs) were carried out with varying probabilistic selected exposures in terms of the jet fire location, side, area, and duration. These were used to assess the effects of exposed fire on the residual strength of a steel stiffened panel on a ship-shaped offshore structure. A probabilistic approach with a feasible fire location was used to determine credible fire scenarios in association with thermal structural responses. Heat transfer analysis was performed to obtain the steel temperature, and then the residual strength was obtained for the credible fire scenarios under compressive axial loading using nonlinear FEA code. The results were used to derive closed-form expressions to predict the residual strength of steel stiffened panels with various exposure to jet fire characteristics. The results could be used to assess the sustainability of structures at risk of exposure to fire accidents in offshore installations.
Water electrolysis technology, which generates hydrogen using renewable energy resources, has recently attracted great attention. Especially, the polymer electrolyte membrane water electrolysis system has several advantages over other water electrolysis technologies, such as high efficiency, low operating temperature, and optimal operating point. Since research that analyzes performance characteristics using test bench have high cost and long test time, however, model based approach is very important. Therefore, in this study, a system model for water electrolysis dynamics of a polymer electrolyte membrane was developed based on MATLAB/Simulink®. The water electrolysis system developed in this study can take into account the heat and mass transfer characteristics in the cell with the load variation. In particular, the performance of the system according to the stack temperature control can be analyzed and evaluated. As a result, the developed water electrolysis system can analyze water pump dynamics and hydrogen generation according to temperature dynamics by reflecting the dynamics of temperature.
El-Mahdya, Osama O.;Hamdy, Gehan A.;Hisham, Mohammed
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.5
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pp.673-689
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2021
This paper addresses the efficiency of thermal insulation layers applied to protect structural elements strengthened by fiber-reinforced polymers (FRP) in the case of fire event. The paper presents numerical modeling and nonlinear analysis of reinforced concrete (RC) columns externally strengthened by FRP and protected by thermal insulation layers when subjected to elevated temperature specified by standard fire tests, in order to predict their residual capacity and fire endurance. The adopted numerical approach uses commercial software includes heat transfer, variation of thermal and mechanical properties of concrete, steel reinforcement, FRP and insulation material with elevated temperature. The numerical results show good agreement with published results of full-scale fire tests. A parametric study was conducted to investigate the influence of several variables on the structural response and residual capacity of insulated FRP-confined columns loaded by service loads when exposed to fire. The residual capacity of FRP-confined RC column was affected by concrete grade and insulation material and was shown to improve substantially by increasing the concrete cover and insulation layer thickness. By increasing the VG insulation layer thickness 15, 32, 44, 57 mm, the loss in column capacity after 5 hours of fire was 30%, 13%, 7% and 5%, respectively. The obtained results demonstrate the validity of the presented approach for estimation of fire endurance and residual strength, as an alternative for fire testing, and for design of fire protection layers for FRP-confined RC columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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