This study analyzes the thermal effects on the performance of an air foil thrust bearing (AFTB) using COMSOL Multiphysics to approximate actual bearing behavior under real conditions. An AFTB is a sliding-thrust bearing that uses air as a lubricant to support the axial load. The AFTB consists of top and bump foils and supports the rotating disk through the hydrodynamic pressure generated by the wedge effect from the inclined surface of the top foil and the elastic deformation of the bump foils, similar to a spring. The use of air as a lubricant has some advantages such as low friction loss and less heat generation, enabling air bearings to be widely used in high-speed rotating systems. However, even in AFTB, the effects of energy loss due to viscosity at high speeds, interface frictional heat, and thermal deformation of the foil caused by temperature increase cannot be ignored. Foil deformation derived from the thermal effect influences the minimum decay in film thickness and enhances the film pressure. For these reasons, performance analyses of isothermal AFTBs have shown few discrepancies with real bearing behavior. To account for this phenomenon, a thermal-fluid-structure analysis is conducted to describe the combined mechanics. Results show that the load capacity under the thermal effect is slightly higher than that obtained from isothermal analysis. In addition, the push and pull effects on the top foil and bump foil-free edges can be simulated. The differences between the isothermal and thermal behaviors are discussed.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.2
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pp.175-181
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2024
In electrical power substations, bulky iron-core potential transformers (PTs) are installed in a tank of gas-insulated switchgear (GIS) to measure system voltages. This paper proposed a low-power voltage transformer (LPVT) that can replace the conventional iron-core PTs in response to the demand for the digitalization of substations. The prototype LPVT consists of a capacitive voltage divider (CVD) which is embedded in a spacer and an impedance matching circuit using passive components. The CVD was fabricated with a flexible PCB to acquire enough insulation performance and withstand vibration and shock during operation. The performance of the LPVT was evaluated at 80%, 100%, and 120% of the rated voltage (38.1 kV) according to IEC 61869-11. An accuracy correction algorithm based on LabVIEW was applied to correct the voltage ratio and phase error. The corrected voltage ratio and phase error were +0.134% and +0.079 min., respectively, which satisfies the accuracy CL 0.2. In addition, the voltage ratio of LPVT was analyzed in ranges of -40~+40℃, and a temperature correction coefficient was applied to maintain the accuracy CL 0.2. By applying the LPVT proposed in this paper to the same rating GIS, it can be reduced the length per GIS bay by 11%, and the amount of SF6 by 5~7%.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2023.11a
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pp.43-44
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2023
Fire doors installed to prevent the spread of fire in buildings are made of paper honeycomb, glass wool, and other materials. Due to their high water absorption rate, they absorb ambient moisture and degrade, and their increased weight causes them to sag internally, creating voids that can warp in the event of a fire and allow flames to pass through. To overcome these issues, research is being conducted on the physical performance of lightweight aerated concrete. However, there is a lack of research on how to ensure fire resistance. Therefore, in this study, the backside temperature of lightweight aerated concrete formulations was measured and compared and analyzied with the physical performance. Since it is difficult to achieve low density by saturation alone, aerated concrete with EPS was produced, which resulted in a density reduction of 24'26%, but the strength increase per unit cement increase was 5'25%, which tended to be lower than the formulation without EPS. The results showed that the lightweight aerated concrete with EPS was 130~140℃ lower than the lightweight aerated concrete with EPS, which is believed to be due to the melting point of EPS delayed the heat diffusion. In the future, wo plan to conduct research to identify the optimal formulation for fire door core materials by varying the amount of EPS added and using industrial by-products to increase long-term strength.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.6
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pp.657-661
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2024
Gallium oxide (Ga2O3) is emerging as a next-generation power semiconductor material due to its excellent electrical properties, including an ultra-wide bandgap of approximately 4.8 eV and a breakdown electric field of about 7 MV/cm. However, its low thermal conductivity of around 0.13 W/cmK presents significant challenges to the performance and reliability of Ga2O3-based devices. In this study, we employed the Silvaco TCAD simulator to analyze the thermal and electrical characteristics of Ga2O3 Schottky barrier diodes (SBDs) with heat sinks of varying thermal conductivities. The results demonstrate that heat sinks with higher thermal conductivity effectively mitigate the temperature rise in the device, leading to an increase in current density. The limitation in heat dissipation due to parasitic on-state resistance not only affects device performance but also impacts long-term reliability. Therefore, this study contributes to the development of effective thermal management strategies for Ga2O3-based power semiconductors.
Sunwoo Lee;Gye Hyeon Lee;Myungwoo Choi;Gana Park;Dakyung Kim;Sangbin Lee;Jeong-O Lee;Donghwi Cho
Journal of Sensor Science and Technology
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v.33
no.5
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pp.274-287
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2024
Chemiresistors play a crucial role in numerous research fields, including environmental monitoring, healthcare, and industrial safety, owing to their ability to detect and quantify gases with high sensitivity and specificity. This review provides a comprehensive overview of the recent advancements in photoactivated chemiresistors and emphasizes their potential for the development of highly sensitive, selective, and low-power gas sensors. This study explores a range of structural configurations of sensing materials, from zero-dimensional quantum dots to three-dimensional, porous nanostructures and examines the impact of these designs on the photoactivity, gas interactions, and overall sensor performance-including gas responses and recovery rates. Particular focus is placed on metal-oxide semiconductors and the integration of ultraviolet micro-light emitting diodes, which have gained attention as key components for next-generation sensing technologies owing to their superior photoactivity and energy efficiency. By addressing existing technical challenges, such as limited sensitivity, particularly at room temperature (~22℃), this paper outlines future research directions, highlighting the potential of photoactivated chemiresistors in developing high-performance, ultralow-power gas sensors for the Internet of Things and other advanced applications.
U shape multitube heat exchanger was equipped in the flue to recover the exhaust heat from the boiler system. The fluids of the exhaust heat recovery equipment were the flue gas as the hot fluid, and the water as the cold fluid. The flow geometry of the fluids was cross flow - two pass, the hot fluid being mixed and the cold fluid unmixed. The results of the theoretical and the experimental analysis and the economic evaluation are summarized as follows. 1) The heat exchanger effectiveness and the temperature efficiency of the hot fluid were about 35% when the fuel consumption rate was 140 - 150 L/15min. The temperature efficiency for the cold fluid ranged from 3.0% to 4.5%. The insulation efficiency ranged from 85% to 98%, which was better than the KS air preheater insulation efficiency of 90%. 2) The relationship between the fuel consumption rate, F, and the outlet temperature, $T_{h2}$, of the flue gas from the heat exchanger was $T_{h2}$ = 0.927F + 110. In order to prevent the low temperature corrosion from the coagulation of $SO_3$, it is necessary to maintain the fuel consumption rate above 82 L/15min. 3) The ratio of the exhaust heat from the boiler system to the total energy consumption was about 14.5%. With the installation of the exhaust heat recovery equipment, the energy recovery ratio to the exhaust heat was about 25%. Accordingly, about 3.6% of the total fuel consumption was estimated to be saved. 4) Economic analysis indicated that the installation of the exhaust heat recovery equipment was feasible to save the energy, because the capital reocvery period was only 10 months when the fuel consumption rate was 80 L/15min. 4 months when it was 160 L/15min. 5) Based on the theoretical and the experimental analysis, it was estimated to save the energy of about 18 million Won per year, if four heat exchangers are installed in a factory. 6) A further study is recommended to identify the relationship among the flow rate of the exhaust gas, the size of the heat exchanger and the capacity of the air preheater. For a maximum heat recovery from the exhaust gas an automatic control system is required to control the flow rate of the cold fluid depending on the boiler load.
Byun, Chang Ki;Im, Hyo Bin;Park, Jihye;Baek, Jeonghun;Jeong, Jeongmin;Yoon, Wang Ria;Yi, Kwang Bok
Clean Technology
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v.21
no.3
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pp.200-206
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2015
In order to investigate the effect of cerium oxide addition, Cu-ZnO-CeO2 catalysts were prepared using co-precipitation method for water gas shift (WGS) reaction. A series of Cu-ZnO-CeO2 catalyst with fixed Cu Content (50 wt%, calculated as CuO) and a given ceria content (e.g., 0, 5, 10, 20, 30, 40 wt%, calculated as CeO2) were tested for catalytic activity at a GHSV of 95,541 h-1, and a temperature range of 200 to 400 ℃. Cu-ZnO-CeO2 catalysts were characterized by using BET, SEM, XRD, H2-TPR, and XPS analysis. Varying composition of Cu-ZnO-CeO2 catlysts led the difference characteristics such as Cu dispersion, and binding energy. The optimum 10 wt% doping of cerium facilitated catalyst reduction at lower temperature and improved the catalyst performance greatly in terms of CO conversion. Cerium oxide added catalyst showed enhanced activities at higher temperature when it compared with the catalyst without cerium oxide. Consequently, ceria addition of optimal composition leads to enhanced catalytic activity which is attributed to enhanced Cu dispersion, lower binding energy, and hindered Cu metal agglomeration.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.4
no.3
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pp.322-329
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2016
This study is about the method to control the quality of material used to repair leakage and crack of concrete structure and suggests the "Temperature Stability Test Method" as a follow-up study. In the result of performance evaluation for 45 samples of 15 types in 5 series, the temperature stability test showed different material changes including rolling down, volume change, and color change as they are frozen and melt repeatedly in the somewhat extreme conditions at low($-20^{\circ}C$) and high($60^{\circ}C$) temperatures, where 13 samples (approx. 29%) and 32 samples (approx. 71%) showed leakage, respectively, in the permeability test to evaluate leakage. This result shows the enough importance of setting the quality control criteria of leakage repair material currently used to maintain concrete structures considering the temperature conditions, and proves the applicability of the Temperature Stability Test Method as a standard test method to ensure long-term durability of concrete structure.
In this study, the energy conversion equipment from the radiation energy to mechanical energy by using npentane as the operating fluid was constructed and the performance to pump the water was tested for the utilization of solar powered water pump. The equipment was designed optimally, after the theoretical analyses of the water pumping head and water quantity per cycle were done. The pentane vapour temperature in the condenser and the temperature of the outlet water from the condenser became lowered and the heat transfer rate became higher with decreasing the water inlet level to the condenser. The temperature difference between the condenser and the water tank was significant. Therefore, the distance between the water tank and condenser was recommended to be shorten and the diameter of their connecting pipe was recommended to be narrow in order to reduce the resistance of the fluid passage and improve the heat transfer rate. The amount of water pumped was 1.62.4 liters. Mass flow rate of the cooling water became lowered when the cooling water pipe was prolonged from the condenser to improve the heat transfer rate.
Steam reforming of methane (SRM) is the primary method to produce hydrogen. Commercial Ni-based catalysts have been optimized for SRM with excess steam ($H_2O/CH_4$ > 2.5) at high temperatures (> $700^{\circ}C$). However, commercial catalysts are not suitable under severe conditions such as stoichiometric steam over methane ratio ($H_2O/CH_4$ = 1.0) and low temperature ($600^{\circ}C$). In this study, 15wt.% Ni catalysts supported on $Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ were prepared at various calcination temperatures for SRM at a very high gas hourly space velocity (GHSV) of $621,704h^{-1}$. The calcination temperature was systematically varied to optimize 15wt.% $Ni-Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ catalyst at a $H_2O/CH_4$ ratio of 1.0 and at $600^{\circ}C$. 15wt.% $Ni-Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ catalyst calcined at $500^{\circ}C$ exhibited the highest $CH_4$ conversion as well as stability with time on stream. Also, 15wt.% $Ni-Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ catalyst calcined at $500^{\circ}C$ showed the highest $H_2$ yield (58%) and CO yield (21%) among the catalysts. This is due to complex NiO species, which have relatively strong metal to support interaction (SMSI).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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