The effects of anode, cathode, and cooling channels for a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) on flow fields have been investigated numerically. Continuous open-faced fluid flow channels formed in the surface of the bipolar plates traverse the central area of the plate surface in a plurality of passes such as a serpentine manner. The pressure distributions and velocity profiles of the hydrogen, air and water channels on bipolar plates of the PEMFC are analyzed using a two-dimensional simulation. The conservation equations of mass, momentum, and energy in the three-dimensional flow solver are modified to include electro-chemical characteristics of the fuel cell. In our three-dimensional numerical simulations, the operation of electro-chemical in Membrane Electrolyte Assembly (MEA) is assumed to be steady-state, involving multi-species. Supplied gases are consumed by chemical reaction. The distributions of oxygen and hydrogen concentration with constant humidity are calculated. The concentration of hydrogen is the highest at the center region of the active area, while the concentration of oxygen is the highest at the inlet region. The flow and thermal profiles are evaluated to determine the flow patterns of gas supplied and cooling plates for an optimal fuel cell stack design.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.4
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pp.108-120
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1998
A theoretical study of three-dimensional unsteady compressible non-reacting flow inside double flow of monolith catalytic converter system attached to 6-cylinder engine was performed for the achievement of performance improvement, reduction of light-off time, and longer service life by improving the flow distribution of pulsating exhaust gases. The differences between unsteady and steady-state flow were evaluated through the numerical computations. To obtains the boundary conditions to a numerical analysis, one dimensional non-steady gas dynamic calculation was also performed by using the method of characteristics in intake and exhaust system. Studies indicate that unsteady representation is necessary because pulsation of gas velocity may affect gas flow uniformity within the monolith. The simulation results also show that the level of flow maldistribution in the monolith heavily depends on curvature and angles of separation streamline of mixing pipe that homogenizes the exhaust gas from individual cylinders. It is also found that on dual flow converter systems, there is severe interactions of each pulsating exhaust gas flow and the length of mixing pipe and junction geometry influence greatly on the degree of flow distribution.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.4
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pp.10-17
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2001
The performance of a radiator is generally determined using a wind tunnel, in which the air velocity is uniform. However, when it is installed in a car, the distribution of the air velocity becomes nonuniform due to front-end openings, cross members, and horns etc., resulting in lower performance. In this study, several underhood flow simulations have been first performed to get flow rates and velocity distributions over the radiator. Secondly heat release rates are calculated by both a performance curve and a radiator model. Finally, using an engine cooling system simulator, radiator-top-tank temperature is predicted and the variations of heat release rate and radiator-top-tank temperature with nonuniformity of air velocity distributions are analyzed. The results show that the current engine cooling model successfully accounts for the nonuniformity effects that should be considered for higher accuracy in predicting engine cooling performance.
An optimization approach is investigated for the design of new nozzle system in a automatic car wash machine. Three-dimensional computational fluid dynamics and design of experiment methods have been employed to know the mutual interaction between the nozzle shape in the automatic car wash machine and the airflow velocity distribution on the vehicle surface. The performances of air nozzle system were defined as the velocity magnitude and the uniformity of the velocity on the surface of the car. Predicted jet velocity distributions for the optimized geometry were compared with experimental data and the comparisons showed generally good agreements. Also, the performance of the dryer was improved with the optimized results.
This study describes the numerical simulation of three-dimensional droplet formation and the following motion in a cross-junction microchannel by using the Lattice Boltzmann Method (LBM). Our aim is to develop the three-dimensional binary fluids model, consisting of two sets of distribution functions to represent the total fluid density and the density difference, which introduces the repulsive interaction consistent with a free-energy function between two fluids. We validated the LBM code with the velocity profile in a 3-dimensional rectangular channel. Then, we applied our code to the numerical simulation of a binary fluid flow in a cross-junction channel focusing on the investigation of the droplet formulation. Due to the pressure and interfacial-tension effect, one component of the fluids which is injected from one inlet is cut off into many droplets periodically by the other component which is injected from the other inlets. We considered the effect of the boundary conditions for density difference (order parameter) on the wetting of the droplet to the side walls.
Three dimensional numerical studies were carried out to investigate the effect of aspect ratio on gas slip flow in rectangular microchannels. We focused on aspect ratio effect on slip velocity, pressure distribution and mass flow rate. As aspect ratio decreases the wall slip velocity also decreases. As a result nonlinearity of pressure distribution increases. The slip velocities on sides and top/bottom walls are different and this difference decreases with increasing aspect ratio. These two velocities are equal when aspect ratio is 1. The ratios of slip mass flow rate over noslip mass flow rate increases with increasing aspect ratios.
Jo, Hyeon-Jin;Gang, Hye-Seong;Ryu, Dong-Su;Kim, Jong-Su;Jo, Jeong-Yeon
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.36
no.2
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pp.107.1-107.1
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2011
Density Probability Distribution Functions (PDFs) are a classic statistical way to study properties of Interstellar Medium (ISM) turbulence. In our three-dimensional MHD simulations, density PDFs of the position-position velocity (PPV) spaces are close to a log-normal distribution. the PDF widths depend on the plasma parameters such as magnetic strength and sonic Mach number. Futhermore, we compare these simulations results to Galactic molecular clouds observed by Jackson et. al (2006). By fitting of the velocity dispersion in the spectral line observation, volume density PDFs of the defined molecular clouds indicate that the sound speeds of the turbulences seem to have a few times larger than the simulation results. In order to understand the inconsistency with general characteristics of turbulence, we consider other simulations inducing the turbulent flow randomly at small driving scales. We find that the density PDF width decreases at more smaller driving scale. Finally, the simulations suggest that sources of ISM turbulence in Galactic molecular clouds can be important on small scales.
Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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1998.09a
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pp.113-116
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1998
A numerical study was performed on the fluid flow in the melt of the cold model for Czochralski growth system. The fluid flow in the melt of Woods metal with crucible diameter of 20cm was calculated using a three dimensional finite difference method. Since the crucible size is large, fully turbulent model as well as laminar model was used in the calculation. The effects of crucible rotation rate, crystal rotation rate and wall temperature difference on the velocity and temperature distribution were also investigated. For the purpose of verifying the results of calculation, a cold model experiment using Woods metal was also conducted and the velocity distribution in the melt of the model was measured.
An Eulerian-Lagrangin approach is used to compute particle dispersion from a power plant chimney. For air flow, three-dimensional incompressible filtered Navier-Stokes equations are solved with a subgrid-scale model by integrating the Newton's equation, while the dispersed phase is solved in a Lagrangian framework. The velocity ratios between crossflow and a jet of 0.455 and 0.727 are considered. Flow fields and particle distribution of both cases are evaluated and compared. When the velocity ratio is 0.455, it demonstrates a Kelvin-Helmholtz vortex structure above the chimney caused by the interaction between crossflow and a jet, whereas the other case shows flow structures at the top of the chimney collapsed by fast crossflow. Also, complex wake structures cause different particle distributions behind the chimney. The case with the velocity ratio of 0.727 demonstrates strong particle concentration at the vortical region, whereas the case with the velocity ratio of 0.455 shows more dispersive particle distribution. The simulation result shows similar tendency to the experimental result.
Kim, Man-Gil;An, In-Seok;Lee, Pyeong-Gi;Park, Sang-Bae;Lee, Seong-Hwan
Proceedings of the KIEE Conference
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2003.11c
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pp.1018-1021
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2003
This dissertation is reference to measure visual information about the configuration of magnetic field automatically and materialize the new magnetic field mapping system for the rapid and clear measure by using of the mediocrity orthogonal robot in the three- dimensional space required the measure of magnetic field concurrently. The measuring sensor is composed to be available for the measure of three-dimensional direction of magnetic field by vertically conjoining each of three hall sensors utilized of the hall effect and installed Gaussmeter, which is devised to receive the sensor result and the robot controller, away from the measuring robot in order to minimize the affection of magnetic field. Also, the controller and Gaussmeter are composed of Use interface, RS-232C and IEEE-488.2 communication. Interface system is written in NI's LabVIEW and composed to be able to set up a measuring area, the measuring number of times, two and three-dimensional graph, the velocity of robot and the magnetic field distribution graph of each element by inputting parameters. The materialized magnetic field mapping system expert the collection of the data easily and the effect of utilizing data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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