Turbulent jet discharges in subcooled water pools are essential for safety systems in nuclear power plants, specifically in the pressure suppression pool of boiling water reactors and In-containment Refueling Water Storage Tank of advanced pressurized water reactors. The gas and liquid flow in these systems is investigated using multiphase flow analysis. This field has been extensively examined using a combination of experiments, theoretical models, and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. ANSYS CFX offers two approaches to model multiphase flow behavior. The non-homogeneous Eulerian-Eulerian Model has been used in this work; it computes global information and is more convenient to study interpenetrated fluids. This study utilized the Large Eddy Simulation Model as the turbulence model, as it is better suited for non-stationary and buoyant flows. The CFD results of this study were validated with experimental data and theoretical results previously obtained. The figures of merit dimensionless penetration length and the dimensionless buoyancy length show good agreement with the experimental measurements. Correlations for these variables were obtained as a function of dimensionless numbers to give generality using only initial boundary conditions. CFD numerical model developed in this research has the capability to simulate the behavior of non-condensable gases discharged in water.
The fast filling process of high-pressure hydrogen has an important impact on the filling efficiency and safety. In this paper, a specific study is carried out on the thermophysical phenomena during the fast filling process. Starting from the gas state equation of hydrogen, the change law of the hydrogen storage temperature is obtained, and then the temperature rise prediction is constructed. The model can clarify the relationship between the filling parameters and the temperature rise during the fast filling process, thereby revealing the flow and heat transfer laws of the fast charging process. To improve the theoretical research basis for the evaluation of vehicle-mounted hydrogen fast charging capacity, temperature prediction and optimization of hydrogenation methods.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.3
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pp.629-634
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2024
The Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO) has developed a test module that can vertically ascend and descend with a buoyancy engine to verify the performance of the developed buoyancy engine. The independent test module has been tested in the Ocean Engineering Basin(C.M.Lee et al., 2023). After that, more tests were performed in the Deep Ocean Engineering Basin and at sea. In the 50-meter depth pit test of the Deep Ocean Engineering Basin, there were no problems with the ascent and descent operations, but the buoyancy engine was not properly maintained due to various problems in the independent test module, resulting in a difference between the calculated results using the solution of the equations of motion and the actual measurement results. The East Sea test was conducted at a depth of approximately 110 meters north-east of Pohang, with a dive to 100 meters. The difference between the pressure sensor value and the calculated value was observed, but after checking the results of the underwater position tracking device(USBL, Ultra Short Base Line system), it was estimated that the difference was caused by the influence of the current.
Ammonia is used primarily as a refrigerant in refrigeration facility and SCR of a plant, and is frequently involved in leakage accidents. This study was conducted by selecting ammonia, a material with a wide influence range when evaluated, as a material with higher vapor pressure and lighter than air. In this study, the influence ranges were computed using KORA(Korea Off-site Risk Assessment supporting tool) with four different environmental factors : ground roughness, sealing, operating temperature, pressure, and leakage hole size. As a result, the difference in the influence range of ground roughness is approximately 4.62 times, while the ammonia storage tank shows a difference in the reduction rate of 0.64 when sealed. The extent of impact increased with increasing leakage depending on storage temperature and pressure, and when storing higher than the saturation vapor pressure, the impact range showed an average growth rate of 3.45 % per 0.1 Mpa($45^{\circ}C$). The influence ranges based on the size of the leakage holes is shown to be proportional to the area of the leakage zone.
In order to improve the hydrogen storage capacity and the activation properties of the hydrogen storage alloys, the rare-earth metal alloy series, MmN $i_{4.5}$M $n_{0.5}$Z $r_{x}$(x=0, 0.025, 0.05, 0.1), are prepared by adding excess Zr in MmN $i_{4.5}$M $n_{0.5}$ alloy. The various parts in hydrogen storage vessel consisted of copper pipes reached the setting temperature within 4~5 minutes after heat addition, which indicated that storage vessel had a good heat conductivity required in application. The performance test on storage vessel filled with rare-earth metal alloys of 1000 gr was also conducted after hydrogen charging for 10 min at $18^{\circ}C$ under 10 atm. It showed that the average capacity of discharged hydrogen volume was found to be for $MmNi_{4.5}$$Mn_{0.5}$ and $MmNi_{4.5}$$Mn_{x}$ 0.5/$Zr_{samples}$ indicated that the released amount of hydrogen for this $AB_{5}$ type alloys was more than 92 % of theoretic value, and also it was found that the optimum discharging temperature for obtaining an appropriate pressure of 3 atm was determined to be $V^{\circ}C$ for $MmNi_{4.5}$$Mn_{0.5}$$Zr_{x}$(x=0, 0.025, 0.05, 0.1) hydrogen storage alloys. The released amount of these hydrogen storage samples was 125 $\ell$ , 122.4 $\ell$ and 108.15 $\ell$/kg for $MmNi_{4.5}$$Mn_{0.5}$$Zr_{0.025}$$MmNi_{4.5}$M $n_{0.5}$Z $r_{0.05}$, and MmN $i_{4.5}$ Mn_0.5$Zr_{0}$, at $70^{\circ}C$ respectively. Amount of the 2nd phases increase with increase on Zr contents in $MmNi_{4.5}$$Mn_{0.5}$$Zr_{ 0.1}$/ alloy. This phenomenon indicates that$ ZrNi_3$ in $MmNi_{4.5}$$Mn_{0.5}$$Zr_{x}$ / phase, which shows the maximum storage capacity and the strong resistance to intrinsic degradation, is considered as a proper alloy for hydrogen storage. As the Zr contents increase, the activation time and the plateau pressure decreases and sloping of the plateau pressure increases.creases.eases.s.
A compact adsorption-based process for removal of carbon dioxide and nitrogen from natural gas has been discussed. Among the adsorption-based processes, especially, the pressure swing adsorption (PSA) process has been a suitable unit operation for the purification and separation of gas because of low operation energy and cost. A step cycle is made up of pressurization, feed, equalization, blowdown and rinse. In this work, the PSA process is composed of zeolite 13X and carbon molecular sieve (CMS) for removal of carbon dioxide and nitrogen from mixed gas containing $CH_4/CO_2/N_2$ (75:21:4 vol%). A CMS selectively removes carbon dioxide and a zeolite 13X separates nitrogen from methane. CMS is investigated experimentally due to the high throughput of the faster diffusing component ($CO_2$). The gas composition of top, bottom and feed tank was measured with the gas chromatography (GC) using TCD detector, helium as carrier gas and packed column for analysis of methane, carbon dioxide, and nitrogen.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.605-612
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2021
Amid growing global damage due to abnormal weather caused by global warming, the introduction of eco-friendly cars is accelerating to reduce greenhouse gas emissions from internal combustion engines. Accordingly, many studies are being conducted in each country to prepare for the explosion of hydrogen fuel in semi-closed spaces such as tunnels and underground parking lots to ensure the safety of hydrogen-electric vehicles. As a result of predicting the explosion pressure of the hydrogen tank using the equivalent TNT model, it was found to be about 1.12 times and 2.30 times higher at a height of 1.5 meters, respectively, based on the case of 52 liters of hydrogen capacity. A review of the impact on the human body and buildings by converting the predicted maximum explosive pressure into the amount of impact predicted that all predicted values would result in lung damage or severe partial destruction. The predicted degree of damage was applied only by converting the amount of impact caused by the explosion, and considering the additional damage caused by the explosion, it is believed that the actual damage will increase further and safety and disaster prevention measures should be taken.
As the hydrofluoric acid leak in Gumi-si, Gyeongsangbuk-do or hydrochloric acid leak in Ulsan, Gyeongsangnam-do demonstrated, chemical related accidents are mostly caused by large amounts of volatile toxic substances leaking due to the damages of storage tank or pipe lines of transporter. Safety assessment is the most important concern because such toxic material accidents cause human and material damages to the environment and atmosphere of the surrounding area. Therefore, in this study, a hydrofluoric acid leaked from a storage tank was selected as the study example to simulate the leaked substance diffusing into the atmosphere and result analysis was performed through the numerical Analysis and diffusion simulation of ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres). the results of a qualitative evaluation of HAZOP (Hazard Operability)was looked at to find that the flange leak, operation delay due to leakage of the valve and the hose, and toxic gas leak were danger factors. Possibility of fire from temperature, pressure and corrosion, nitrogen supply overpressure and toxic leak from internal corrosion of tank or pipe joints were also found to be high. ALOHA resulting effects were a little different depending on the input data of Dense Gas Model, however, the wind direction and speed, rather than atmospheric stability, played bigger role. Higher wind speed affected the diffusion of contaminant. In term of the diffusion concentration, both liquid and gas leaks resulted in almost the same $LC_{50}$ and ALOHA AEGL-3(Acute Exposure Guidline Level) values. Each scenarios showed almost identical results in ALOHA model. Therefore, a buffer distance of toxic gas can be determined by comparing the numerical analysis and the diffusion concentration to the IDLH(Immediately Dangerous to Life and Health). Such study will help perform the risk assessment of toxic leak more efficiently and be utilized in establishing community emergency response system properly.
The laboratory scale experiment was performed to evaluate the sealing capacity of the capping rock such as tuff and mudstone, measuring the intial supercritical $CO_2$ ($scCO_2$) injection pressure and the $scCO_2$-water-rock reaction for 90 days. The drilling cores sampled from 800 m in depth around the Janggi basin, Korea were used for the experiment. The mineralogical changes of mudstone and tuff were measured to evaluate the geochemical stability during the $scCO_2$-water-rock reaction at $CO_2$ storage condition (100 bar and $50^{\circ}C$). The rock core was fixed in the high pressurized stainless steel cell and was saturated with distilled water at 100 bar of pore water pressure. The effluent of the cell was connected to the large tank filled with 3 L of water and 2 L of $scCO_2$ at 100 bar, simulating the subsurface injection condition. The $scCO_2$ injection pressure, which was higher than 100 bar, was controlled at the influent port of the cell until the $scCO_2$ begin to penetrate into the rock and the initial injection pressure (> 100 bar) of $scCO_2$ into the rock was measured for each rock. The mineralogical compositions of mudstones after 90 days reaction were similar to those before the reaction, suggesting that the mudstone in the Janggi basin has remained relatively stable for the $scCO_2$ involved geochemical reaction. The initial $scCO_2$ injection pressure (${\Delta}P$) of a tuff in the Janggi basin was 15 bar and the continuous $scCO_2$ injection into the tuff core occurred at higher than 20 bar of injection pressure. For the mudstone in the Janggi basin, the initial $scCO_2$ injection pressure was higher than 150 bar (10 times higher than that of the tuff). From the results, the mudstone in Janggi basin was more suitable than the tuff to shield the $scCO_2$ leakage from the reservoir rock at subsurface.
This study focuses on the development of the liquid air production process that uses LNG (liquefied natural gas) cold energy which usually wasted during the regasification stage. The liquid air can be transported to the LNG exporter, and it can be utilized as the cold source to replace certain amount of refrigerant for the natural gas liquefaction. Therefore, the condition of the liquid air has to satisfy the available pressure of LNG storage tank. To satisfy pressure constraint of the membrane type LNG tank, proposed process is designed to produce liquid air at 1.3bar. In proposed process, the air is precooled by heat exchange with LNG and subcooled by nitrogen refrigeration cycle. When the amount of transported liquid air is as large as the capacity of the LNG carrier, it could be economical in terms of the transportation cost. In addition, larger liquid air can give more cold energy that can be used in natural gas liquefaction plant. To analyze the effect of the liquid air production amount, under the same LNG supply condition, the proposed process is simulated under 3 different air flow rate: 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s, correspond to Case1, Case2, and Case3, respectively. Each case was analyzed thermodynamically and economically. It shows a tendency that the more liquid air production, the more energy demanded per same mass of product as Case3 is 0.18kWh higher than Base case. In consequence the production cost per 1 kg liquid air in Case3 was $0.0172 higher. However, as liquid air production increases, the transportation cost per 1 kg liquid air has reduced by $0.0395. In terms of overall cost, Case 3 confirmed that liquid air can be produced and transported with $0.0223 less per kilogram than Base case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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