Jo, Young Beom;Park, So-Hyun;Park, Juryong;Kim, Eung Soo
Nuclear Engineering and Technology
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제53권3호
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pp.752-762
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2021
The Smoothed Particle Hydrodynamics is one of the most widely used mesh-free numerical method for thermo-fluid dynamics. Due to its Lagrangian nature and simplicity, it is recently gaining popularity in simulating complex physics with large deformations. In this study, the 3D single/two-phase numerical simulations are performed on the Liquid Metal Reactor (LMR) centralized sloshing benchmark experiment using the SPH parallelized using a GPU. In order to capture multi-phase flows with a large density ratio more effectively, the original SPH density and continuity equations are re-formulated in terms of the normalized-density. Based upon this approach, maximum sloshing height and arrival time in various experimental cases are calculated by using both single-phase and multi-phase SPH framework and the results are compared with the benchmark results. Overall, the results of SPH simulations show excellent agreement with all the benchmark experiments both in qualitative and quantitative manners. According to the sensitivity study of the particle-size, the prediction accuracy is gradually increasing with decreasing the particle-size leading to a higher resolution. In addition, it is found that the multi-phase SPH model considering both liquid and air provides a better prediction on the experimental results and the reality.
The motion of a conductive spherical particle under uniform electric field is investigated in order to find a suitable method for removing the conducting solid impurities contained in liquid plastic. When the positive dc voltage applied to the upper electrode, the vertical up-and-down motion of a charged particle by electrostatic force is observed by a charge-coupled device (CCD) camera or a high-speed video camera. The experimental data of the static threshold voltage by which the particle starts to move toward the counter electrode in air or silicone oil are in good agreement with theoretical value. When the applied voltage is larger than the static threshold voltage, the particle motion pattern in silicone oil consists of four stages: upward motion, stopping at the upper electrode, downward motion and stopping at the lower electrode. The stopping motion on the electrode is thought to be caused by the liquid flow accompanied by the particle motion. The particle charge calculated by integrating the pulse current, which is generated by the charge exchange between the electrode and the particle, is approximately 0.1~0.25 times of the theoretical value. This study is expected to help understand the electric properties of microparticles in oil circuit breaker (OCB) and oil transformer and improve their performance and longevity.
지금까지 인젝터의 수치적 시뮬레이션은 대부분 Eulerian 기법의 바탕위에서 이루어져 왔다. 그러나 액체제트의 미립화현상과 복잡한 공기와의 경계면 변화를 나타내는데 있어 기존의 기법들이 갖는 선천적인 단점이 존재하며 따라서 본 연구에서는 새로운 Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)라는 입자 기법을 도입하였다. 수치적 시뮬레이션을 위해 먼저 해석을 위한 SPH 코드를 개발하였으며 본 논문에서는 인젝터 문제를 정확하게 나타내는데 있어 필수적인 알고리즘중 하나인 다상유동모사에 대한 검증문제가 제시 되어 있다. 마지막으로 다양한 인젝터 종류 중 하나인 액체-액체 동축형 스월 인젝터에 대한 시뮬레이션이 수행되었으며 실제실험과의 비교를 진행하였다.
In the present study, a transient glass particle distribution in a stirred solid/liquid mixer was investigated using computational fluid dynamics(CFD). The flow patterns and solid concentaration distriburion in a solid/liquid mixer formed by pitched paddle and baffles were predicted. The numerical results were compared to experimental data from the available literature. Eulerian multi-phase model was used to investigate the influence of the density of solid particle on the same impeller speed. A good agreement was obtained between the experimental data and simulation results.
Rotary atomizer is widely used in practical application ranging from combustion, cooling, spray drying, agriculture, chemical system. Rotary cup atomizer has some advantages such as extreme versatility and liquid atomization successfully varying widely in viscosity. In rotary atomization, the feed liquid is centrifugally accelerated to high velocity and the liquid extends over the rotating surface as a thin film before being discharged into an atmosphere. The degree of rotary atomization depends upon peripheral speed, feed rate, liquid properties and atomizer design. An important asset is that thickness and uniformity of the liquid sheet can readily be controlled by regulating the liquid flow rate and the rotational speed. LDPA(Laser Diffraction Particle Analyser) and image aquisition system are used to measure drop size distribution and spray pattern. The atomization characteristics of the rotary cup atomizer is investigated experimentally by varing the liquid feed rate, rotary cup speed and air velocity for atomization. As a results, the effect of air velocity on the atomization characteristics such as drop size and spray uniformity is considerably greater than variation of those with liquid feed rate.
Jong Seok Oh;Sang Mo An;Hwan Yeol Kim;Dong Eok Kim
Nuclear Engineering and Technology
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제55권3호
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pp.1105-1117
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2023
In this study, the pressure drop behavior of single- and two-phase flows of air and water through the porous beds filled with uniform and non-uniform sized spherical particles was examined. The pressure drop data in the single-phase flow experiments for the uniform particle beds agreed well with the original Ergun correlation. The results from the two-phase flow experiments were analyzed using numerical results based on three types of previous models. In the experiments for the uniform particle beds, the data on the two-phase pressure drop clearly showed the effect of the flow regime transition with a variation in the gas flow rate under stagnant liquid condition. The numerical analyses indicated that the predictability of the previous models for the experimental data relied mainly on the sub-models of the flow regime transitions and interfacial drag. In the experiments for the non-uniform particle beds, the two-phase pressure loss could be predicted well with numerical calculations based on the effective particle diameter. However, the previous models failed to accurately predict the counter-current flooding limit observed in the experiments. Finally, we propose a relation of falling liquid velocity into the particle bed by gravity to appropriately simulate the CCFL phenomenon.
Hong, Sang-Bum;Chang, Won-il;Kang, Chang-Hee;Lee, Jai H.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제30권7호
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pp.1505-1515
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2009
A new method to semicontinuously determine $PM_{2.5}$ ionic species with a short time resolution is described in detail. In this system, a particle collection section (mixing part, particle collection chamber, and air/liquid separator) was developed. A Y-type connector was used to mix steam and an air sample. The particle collection chamber was constructed in the form of a helix coil and was cooled by a water circulation system. Particle size growth occurred due to the high relative humidity and water absorbed particles were efficiently collected in it. Liquid samples were drained out with a short residence time (0.08-0.1 s). The air/liquid separator was also newly designed to operate efficiently when the flow rate of the air sample was 16.7 L $min^{-1}$. For better performance, the system was optimized for particle collection efficiency with various types of test aerosols such as ($NH_4)_2SO_4,\;NaCl,\;NH_4HSO_4,\;and\;NH_4NO_3$. The particle collection efficiencies were almost 100% at different concentration levels in the range over 500 nm in diameter but 50-90% in the range of 50-500 nm under the following experimental conditions: 15 coil turns, a water flow rate for steam generation of 0.65 mL $min^{-1}$, and an air sample flow rate of 16.7 L $min^{-1}$. Finally, for atmospheric applications, chemical compositions of $PM_{2.5}$ were determined with a time resolution of 20 min on January 11-24, 2006 in Seoul, Korea, and the chemical characteristics of $PM_{2.5}$ ions were investigated.
직경이 0.102 m이고 높이가 2.5 m인 유동층 액-액 추출기에서 액적의 크기와 분포 그리고 상승속도의 특성에 대하여 연구하였다. 분산상(0~0.04 m/s)과 연속상(0.02~0.14 m/s)의 유속변화, 그리고 유동고체 입자의 크기변화(1.0, 2.1, 3.1, 6.0 nm)에 따른 액적의 특성을 검토하였다. 액적의 흐름 거동은 추출기 내부에서 액적의 흐름 거동은 분산상과 연속상의 증가와 액적의 크기에 따라 상당히 영향을 받았다. 액적의 크기는 분산상의 속도가 증가함에 따라 증가하였지만, 유동입자의 크기가 증가함에 따라 따라서는 감소하는 경향을 나타내었다. 그러나 연속상의 유속이 증가함에 따른 액적의 크기는 국부적인 최대값을 나타낸 후 감소하는 경향을 나타내었다. 액적의 크기와 상승속도는 실험변수들과 잘 상관됨을 알 수 있었다.
The electrical wire explosion process in liquid media is promising for nano-sized metal and/or alloy particles. The hybrid Pt/Fe-Cr-Al and Pt/Ni-Cr-Fe nanoparticles for exhaust emission control system are synthesized by electrical wire explosion process in liquid media. The alloy powders have spherical shape and nanometer size. According to the wire component, while Pt/Fe-Cr-Al nanoparticles are shown the well dispersed Pt on the Fe-Cr-Al core particle, Pt/Ni-Cr-Fe nanoparticles are shown the partially separated Pt on the Ni-Cr-Fe core particle. Morphologies and component of two kinds of hybrid nano catalyst particles were characterized by transmission electron microscope and energy dispersive X-ray spectroscopy analysis.
Present study visualized flow pattern and investigated spray characteristics of twin-fluid atomization with converging-diverging nozzles. Particle sizes were measured by using the Malvern particle analyzer, and the radial size distributions were evaluated by using the tomographic transform technique. The results show that the SMD generally increases in the radial direction at a prescribed liquid flow rate and the increasing rate in the SMD becomes gradual as atomizing gas pressure increases. The SMD decreases as the liquid flow rate increases at a fixed GLR (gas/liquid mass ratio). The atomization performance of the protrusion-type nozzle turned out to be superior to that of the flush-type. However, in the case of the protrusion-type, flow separation occurs outside the liquid delivery tube when the pressure at the gas nozzle chamber is high enough, which may deteriorate the atomization performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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