Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.25
no.7
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pp.83-91
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2011
Even if smoke, fumes, mist or dust particles are removed by electrostatic precipitators (ESPs), the occurrence of ozone, which is harmful to human body, has to be severely restricted in the indoor environments of hospitals, offices, and workshops. Therefore, the two-stage ESP generating positive corona at the ionizer is typically used because it creates less ozone than the two-stage ESP generating negative corona at the ionizer. In order to predict the collection performance and the optimal design of the two-stage ESP applied to positive high-voltage, particle concentration is experimentally investigated in this paper. In addition, particle motion within the collector section is also numerically analyzed. The positive corona discharge current of the ionizer is found to be affected by the applied voltage in the collector section but less so by the particle concentration. Particle concentration shows a minimum near the high voltage electrode of the collector section. The minimum value of the collection efficiency is almost proportional to gas velocity. When the collector length decreases, the minimum value of the collection efficiency increases. Charged particles entering the collector region are linearly deflected towards the grounded plate by an electric field. From the above experimental and numerical results, two empirical equations on the concentration ratio and the collection efficiency are derived, and are in good agreement with the experimental data.
Hong, Sang-Bum;Chang, Won-il;Kang, Chang-Hee;Lee, Jai H.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.30
no.7
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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.
A cyclone is an effective tool to facilitate the collection of aerosol particles without using filters, and in cell exposure studies is able to collect a sufficient amount of aerosol particles to evaluate their adverse health effect. In this study, we examined two different methods to improve the aerosol particle collection efficiency of a cyclone. The individual and combined effects of reducing the surface roughness of the inner wall of the cyclone and of using a circular cone attachment were tested. The collection efficiency of particles of diameter $0.2{\mu}m$ was improved by approximately 10% when using a cyclone with a smoothened inner wall (average roughness $Ra=0.08{\mu}m$) compared with the original cyclone ($Ra=5.1{\mu}m$). A circular cone attachment placed between the bottom section of the cyclone and the top section of a collection bottle, resulted in improved collection of smaller particles without the attachment. The 50% cutoff diameter of the modified cyclone (combined use of smoothened inner wall and attachment) was $0.23{\mu}m$ compared to $0.28{\mu}m$ in the original model. The combined use of these two techniques resulted in improved collection efficiency of aerosol particles.
Background: Surfactant-containing water sprays are commonly used in coal mines to collect dust. This study investigates the dust collection performance of different surfactant types for a range of coal dust particle sizes and charges. Methods: Bituminous coal dust aerosol was generated in a wind tunnel. The charge of the aerosol was either left unaltered, charge-neutralized with a neutralizer, or positively- or negatively-charged using a diffusion charger after the particles were neutralized. An anionic, cationic, or nonionic surfactant spray or a plain water spray was used to remove the particles from the air flow. Some particles were captured while passing through spray section, whereas remaining particles were charge-separated using an electrostatic classifier. Particle size and concentration of the charge-separated particles were measured using an aerodynamic particle sizer. Measurements were made with the spray on and off to calculate overall collection efficiencies (integrated across all charge levels) and efficiencies of particles with specific charge levels. Results: The diameter of the tested coal dust aerosol was $0.89{\mu}m{\pm}1.45$ [geometric $mean{\pm}geometric$ standard deviations (SD)]. Respirable particle mass was collected with $75.5{\pm}5.9%$ ($mean{\pm}SD$) efficiency overall. Collection efficiency was correlated with particle size. Surfactant type significantly impacted collection efficiency: charged particle collection by nonionic surfactant sprays was greater than or equal to collection by other sprays, especially for weakly-charged aerosols. Particle charge strength was significantly correlated with collection efficiency. Conclusion: Surfactant type affects charged particle spray collection efficiency. Nonionic surfactant sprays performed well in coal dust capture in many of the tested conditions.
The aerodynamic effects of leading-edge accretion can raise important safety concerns since the formulation of ice causes severe degradation in aerodynamic performance as compared with the clean airfoil. The objective of this study is to develop a numerical simulation strategy for predicting the particle trajectory around an MS-0317 airfoil in the test section of the NASA Glenn Icing Research Tunnel and to investigate the impingement characteristics of droplets on the airfoil surface. In particular, predictions of the mean velocity and turbulence diffusion using turbulent flow solver and Continuous Random Walk method were desired throughout this flow domain in order to investigate droplet dispersion. The collection efficiency distributions over the airfoil surface in simulations with different numbers of droplets, various integration time-steps and particle sizes were compared with experimental data. The large droplet impingement data indicated the trends in impingement characteristics with respect to particle size ; the maximum collection efficiency located at the upper surface near the leading edge, and the maximum value and total collection efficiency were increased as the particle size was increased. The extent of the area impinged on by particles also increased with the increment of the particle size, which is similar as compared with experimental data.
The geometry of popular wave plate type mist eliminator for the wet flue gas desulfurization process was improved, fabricated, and experimentally evaluated. A Mist eliminator is a type of inertial particle collector which collection efficiency is proportional to the velocity of the gas phase. However, as the amount of re-entrainment is also proportional to the gas phase velocity, there is a limitation for the gas phase flow rate. Re-entrainment is one of the most important issues in a mist eliminator and is likely to occur as the input of the liquid phase and flow rate of the gas phase increase. In order to resolve this problem, the projection angle of the improved mist eliminator is set to 30° from the conventional one while maintaining the cross-section. With low flow rate conditions, the modified mist eliminator showed a similar pressure drop and overall collection efficiency. However, with conditions in which re-entrainment is obviously occurring, the modified mist eliminator showed better performance in draining droplets than the conventional one. As a result, the modified mist eliminator showed higher overall collection efficiency.
Kim, Jin-Kwan;Kim, Ho-Joong;Lee, Myung-Jun;Kim, Tae-Sung;Kwon, Soon-Bark
Proceedings of the SAREK Conference
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2008.11a
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pp.546-550
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2008
In this study, 3-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis was induced to simulate air flow and particle motion in the axial flow cyclone separator. The commercialized CFD code FLUENT was used to visualize pressure drop and particle collection efficiency inside the cyclone. We simulated 4 cyclone models with different shape of vane, such as turning angle or shape of cross section. For the air flow simulation, we calculated the flow field using standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence viscous model. Each model was simulated with different inlet or outlet boundary conditions. Our major concern for the flow filed simulation was pressure drop across the cyclone. For the particle trajectory simulation, we adopted Euler-Lagrangian approach to track particle motion from inlet to outlet of the cyclone. Particle collection efficiencies of various conditions are calculated by number based collection efficiency. The result showed that the rotation angle of the vane plays major roll to the pressure drop. But the smaller rotation angle of vane causes particle collection efficiency difference with different inlet position.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.6
no.3
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pp.237-246
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1994
Experimental data are reported for charging and collection of NaCl aerosols in the 0.03- to $0.2{\mu}m$-geometric-mean-diameter range in 2-stage parallel-plate electrostatic precipitators. The NaCl aerosols are generated with geometric standard deviation of about 1.74 and particle generation rate of about 10^9 particles/see by the constant output atomizer and injected into the air flow in the clean wind-tunnel. The 2-stage parallel-plate electrostatic precipitator installed in the test section of the wind-tunnel is operated with a positive corona discharge. The NaCl aerosols in the channel flow are sampled and transported to the aerosol particle number concentration measurement system by using the isoaxial sampling and transport system constructed based on the Okazaki and Willeke design. The aerosol particle number concentration measurement system measures the size distribution of submicrometer aerosols by an electrical mobility detection technique. It is confirmed from comparing the measured collection efficiencies in this study and the predicted ones by our previous theoretical analysis that the predicted collection efficiencies agree well with the experimental ones. It is also found from the comparison that below about $0.02{\mu}m$ all particles are not charged and the uncharged particles are not collected, and consequently 2-stage parallel-plate electrostatic precipitators are not suitable for that particle size range.
In electrostatic airclean filter, the collection efficiency defends on particle charge in the ionizer section. The effect of electrostatic airclean filter condition (deposition of dust, variation of corona discharge current) on corona discharge characteristics was well studied. However, it seems not to be studied on corona discharge characteristics of electrostatic airclean filter respect to contaminated electrode which is caused by practical use. In this paper, Long-term(60days) effects are studied experimentally by two methods. The one is ozone concentration, the other is collection efficiency. Generation of ozone level was increased but collection efficiency was slightly reduced in long-term used electrostatic airclean filter.
Tracers are one of the critical factors for improving the performance of velocimetry. Silver and gold nanoparticles as tracers with localized surface-plasmon resonance are analyzed for their scattering properties. The scattering cross sections, angular distribution of the scattering, and equivalent scattering cross sections from 53° and 1.5° half-angle cones at 532 nm are calculated, with particle sizes in the nanoscale range. The 53° and 1.5° half-angle cones used as examples correspond respectively to the collection cones for microscope objectives in microscopic measurements and camera lenses in macroscopic measurements. We find that there is a transitional size near 35 nm when comparing the equivalent scattering cross sections between silver and gold nanoparticles in water at 532 nm. The equivalent scattering cross section of silver nanoparticles is greater or smaller than that of gold nanoparticles when the particle radius is greater or smaller than 35 nm respectively. When the radius of the plasmonic nanoparticles is smaller than about 44 nm, their equivalent scattering cross sections are at least ten times that of TiO2 nanoparticles. Plasmonic nanoparticles are promising for velocimetry applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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