Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.2
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pp.114-121
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2014
Liquefied natural gas(LNG) cargo containment system(CCS) has the primary function of ensuring both adequate structural safety with respect to sloshing load which is defined as a violent behaviour of the liquid contents in CCS due to external forced motions and thermal insulation keeping natural gas below its boiling point. Among different LNG CCS types such as independent B-type and membrane ones, Mark III CCS is considered in this paper to perform its strength assessment. Mark III CCS plate is designed and constructed by stacking various non-metallic engineering materials such as plywood, triplex, reinforced PU foam that are supported by series of mastic upon inner steel hull structure. From the viewpoint of structural analysis, this plated structure is treated as a laminated composite structure showing complex structural behaviour under external load. Advanced finite element models of Mark III CCS plate is generated and used in conjunction with ultimate strength based failure criteria from laminated composite mechanics for the strength assessment. The strength assessment is performed within the initial failure state of Mark III CCS plate. Results provide failure details such as failure locations and loads. Finally obtained results are reviewed using the loads from acceptance criteria suggested by classification.
Silicon carbide (SiC) has emerged as a promising material for next-generation power semiconductor materials, due to its high thermal conductivity and high critical electric field (~3 MV/cm) with a wide bandgap of 3.3 eV. This permits SiC devices to operate at lower on-resistance and higher breakdown voltage. However, to improve device performance, advanced research is still needed to reduce point defects in the SiC epitaxial layer. This work investigated the electrical characteristics and defect properties using DLTS analysis. Four deep level defects generated by the implantation process and during epitaxial layer growth were detected. Trap parameters such as energy level, capture-cross section, trap density were obtained from an Arrhenius plot. To investigate the impact of defects on the device, a 2D TCAD simulation was conducted using the same device structure, and the extracted defect parameters were added to confirm electrical characteristics. The degradation of device performance such as an increase in on-resistance by adding trap parameters was confirmed.
There are four key factors for gas-phase biofilters; biocatalysts(microorganisms), packing materials, design/operating techniques, and diagnosis/management techniques. Biofilter performance is significantly affected by microbial community structures as well as loading conditions. The microbial studies on biofilters are mostly performed on basis of culture-dependent methods. Recently, advanced methods have been proposed to characterize the microbial community structure in environmental samples. In this study, the physiological, biochemical and molecular methods for profiling microbial communities are reviewed, and their applicability to biofilters is discussed. Community-level physiological profile is based on the utilization capability of carbon substrate by heterotrophic community in environmental samples. Phospholipid fatty acid analysis method is based on the variability of fatty acids present in cell membranes of different microorganisms. Molecular methods using DNA directly extracted from environmental samples can be divided into "partial community DNA analysis" and "whole community DNA analysis" approaches. The former approaches consist in the analysis of PCR-amplified sequence, the genes of ribosomal operon are the most commonly used sequences. These methods include PCR fragment cloning and genetic fingerprinting such as denaturing gradient gel electrophoresis, terminal-restriction fragment length polymorphism, ribosomal intergenic spacer analysis, and random amplified polymorphic DNA. The whole community DNA analysis methods are total genomic cross-DNA hybridization, thermal denaturation and reassociation of whole extracted DNA and extracted whole DNA fractionation using density gradient.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.9
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pp.876-880
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2015
In 2016, the IMO's new rules for an 80% reduction in NOx emissions in newly built ships will necessitate the use of LNG as a clean fuel. So far, the developed European countries have led the development of LNG bunkering ships and related facilities. An LNG bunkering system stores LNG in a horizontal or vertical IMO "C"-Type tank insulated with perlite powder, and a vacuum in the annular space between the double walls, like the cryogenic liquid nitrogen tank. Current storage tanks have high heat leakage, evaporating over 2.0% daily, and are difficult to build with the required vacuum. A more efficiently insulated storage tank could reduce the evaporation rate. This research carried out thermal analysis on a new effective insulation method that separates high vacuum in the annular space between two tanks with a solid insulation material, such as urethane foam, lining the outer vessel. This highly efficient insulation system obtained an evaporation rate of 0.03% per day under a $10^{-3}torr$ vacuum, and an evaporation rate of 0.11% at $10^{-45}torr$. Even if the space loses its vacuum, the new insulation system showed a lower evaporation rate of 4.12% than the present perlite system of 4.9%. This newly developed tank can increase the efficiency of LNG storage tank and may help keep LNG bunkering systems safe.
Shitsi, Edward;Debrah, Seth Kofi;Chabi, Silas;Arthur, Emmanuel Maurice;Baidoo, Isaac Kwasi
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.842-848
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2022
Parametric studies of heat transfer and fluid flow are very important research of interest because the design and operation of fluid flow and heat transfer systems are guided by these parametric studies. The safety of the system operation and system optimization can be determined by decreasing or increasing particular fluid flow and heat transfer parameter while keeping other parameters constant. The parameters that can be varied in order to determine safe and optimized system include system pressure, mass flow rate, heat flux and coolant inlet temperature among other parameters. The fluid flow and heat transfer systems can also be enhanced by the presence of or without the presence of particular effects including gravity effect among others. The advanced Generation IV reactors to be deployed for large electricity production, have proven to be more thermally efficient (approximately 45% thermal efficiency) than the current light water reactors with a thermal efficiency of approximately 33 ℃. SCWR is one of the Generation IV reactors intended for electricity generation. High Performance Light Water Reactor (HPLWR) is a SCWR type which is under consideration in this study. One-eighth of a proposed fuel assembly design for HPLWR consisting of 7 fuel/rod bundles with 9 coolant sub-channels was the geometry considered in this study to examine the effects of system pressure and mass flow rate on wall and fluid temperatures. Gravity effect on wall and fluid temperatures were also examined on this one-eighth fuel assembly geometry. Computational Fluid Dynamics (CFD) code, STAR-CCM+, was used to obtain the results of the numerical simulations. Based on the parametric analysis carried out, sub-channel 4 performed better in terms of heat transfer because temperatures predicted in sub-channel 9 (corner subchannel) were higher than the ones obtained in sub-channel 4 (central sub-channel). The influence of system mass flow rate, pressure and gravity seem similar in both sub-channels 4 and 9 with temperature distributions higher in sub-channel 9 than in sub-channel 4. In most of the cases considered, temperature distributions (for both fluid and wall) obtained at 25 MPa are higher than those obtained at 23 MPa, temperature distributions obtained at 601.2 kg/h are higher than those obtained at 561.2 kg/h, and temperature distributions obtained without gravity effect are higher than those obtained with gravity effect. The results show that effects of system pressure, mass flowrate and gravity on fluid flow and heat transfer are significant and therefore parametric studies need to be performed to determine safe and optimum operating conditions of fluid flow and heat transfer systems.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.3
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pp.157-164
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2016
In this study, researchers performed preliminary design and numerical analysis for a pilot-scale helium heating system intended to support full-scale construction for a sulfur-iodine (SI) cycle. The helium heat exchanger used a liquefied petroleum gas (LPG) combustor. Exhaust gas velocity at the heat exchanger outlet was approximately 40 m/s based on computational thermal and flow analysis. The maximum gas temperature was reached with six baffles in the design; lower gas temperatures were observed with four baffles. The amount of heat transfer was also higher with six baffles. Installation of additional baffles may reduce fuel costs because of the reduced LPG exhausted to the heat exchanger. However, additional baffles may also increase the pressure difference between the exchanger's inlet and outlet. Therefore, it is important to find the optimum number of baffles. Structural analysis, followed by thermal and flow analysis, indicated a 3.86 mm thermal expansion at the middle of the shell and tube type heat exchanger when both ends were supported. Structural analysis conditions included a helium flow rate of 3.729 mol/s and a helium outlet temperature of $910^{\circ}C$. An exhaust gas temperature of $1300^{\circ}C$ and an exhaust gas rate of 52 g/s were confirmed to achieve the helium outlet temperature of $910^{\circ}C$ with an exchanger inlet temperature of $135^{\circ}C$ in an LPG-fueled helium heating system.
Layered double hydroxides ($Mg-Al-CO_3$ systems, LDH), which are hydrotalcite-like anionic clay minerals, having different $Mg^{2+}\;to\;Al^{3+}$ ratio were synthesized by coprecipitation method. The subsequent products were characterized by the following methods; elemental analysis, X-ray powder diffraction, thermal analysis (DSC and TGA), FT-IR and $^{27}$Al-MAS NMR. X-ray powder patterns showed that the products formed were layered structure materials. Two heat absorption peaks were observed around 20 ∼280$^{\circ}C$ (surface water and interlayer water) and 280∼500$^{\circ}C$ (water from lattice hydroxide and carbon dioxide from interlayer carbonate) in DSC diagrams, and they were quantitatively analyzed by TGA diagrams (in case LDH4 16.2% and 28.6% respectively). FT-IR spectra indicate that the interlayer carbonate ions occupied symmetrical sites between two adjacent layers in a parallel direction. $^{27}$Al-MAS NMR spectra show only single resonance (8.6 ppm) of the octahedrally coordinated aluminum similar magnesium. When LDH4 was calcined at 560$^{\circ}C$ for 3 hours in air, its layered structure was destroyed giving a mixed metal oxide. However it readily became rehydrated in aqueous chromate solution to its original structure.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.15
no.1
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pp.144-158
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2012
A higher spatial resolution is preferable to support the accuracy of detailed climate analysis in urban areas. Airborne LiDAR (Light Detection And Ranging) and satellite (KOMPSAT-2, Korea Multi-Purpose Satellite-2) images at 1 to 4 m resolution were utilized to produce digital elevation and building surface models as well as land cover maps at very high(5m) resolution. The Climate Analysis Seoul(CAS) was used to calculate the fractional coverage of land cover classes in built-up areas and thermal capacity of the buildings from their areal volumes. It then produced analyzed maps of local-scale temperature based on the old and new input data. For the verification of the accuracy improvement by the precise input data, the analyzed maps were compared to the surface temperature derived from the ASTER satellite image and to the ground observation at our detailed study region. After the enhancement, the ASTER temperature was highly correlated with the analyzed temperature at building (BS) areas (R=0.76) whereas there observed no correlation with the old input data. The difference of the air temperature deviation was reduced from 1.27 to 0.70K by the enhancement. The enhanced precision of the input data yielded reasonable and more accurate local-scale temperature analysis based on realistic surface models in built-up areas. The improved analysis tools can help urban planners evaluating their design scenarios to be prepared for the urban climate.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.21
no.4
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pp.181-186
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2011
Thermal stability of the $TiO_2$ SCR catalyst with W03 loading was investigated in terms of structural and morphological analyses. The $TiO_2$ catalysts with 10 w% $WO_3$ content and without $WO_3$ were prepared. which were heat-treated at $800^{\circ}C$ for 5 h. It was found that the catalytic acidity was decreased by thermal degradation in the $WO_3-TiO_2$ specimen that relatively less than the $TiO_2$ specimen from FT-IR analysis. The phase transition of the $TiO_2$ catalyst from anatase to rutile was increased by heal-treatment, and the percentage of the rutile phase was 28.4 % in the $WO_3-TiO_2$ and 22.9 % in the $TiO_2$. A shell region of $WO_3$ distinguished from a $TiO_2$ particle was also observed in the grain boundary region, and the $WO_3$ led to the suppression of grain growth. It could be confirmed that the suppression of grain growth can contribute to the improvement of catalytic properties for thermal stability more than the increase of anatase-rutile phase transformation which cause the reduction of the catalytic activity in the $TiO_2$ SCR catalyst by the presence of $WO_3$.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.4
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pp.367-375
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2014
In numbers of kinds of heat exchanger, the shell-tube heat exchanger is the most commonly used type of heat exchanger in the industry field. In order to improve the thermal performance of the heat exchanger, this study was analyzed heat transfer characteristics according to arrangement of baffle and direction of baffle and bump phase of baffle about shell-tube heat exchanger using appropriate SST (Shear Stress Transport) turbulence model for flow separation and boundary layer analysis. As the boundary condition for CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis, the inlet temperature of shell side was constantly 344 K and the variation of the water flow rate was 6, 12, 18 and 24 l/min. As the result of analysis, zigzag baffle arrangement enhances heat transfer rate and pressure drop. Furthermore, in the direction of the baffle, heat transfer rate is more improved with vertical type and angle $45^{\circ}$ type than existing type, and pressure drop was little difference. Also, the bump shape of baffle surface contributes to heat transfer rate and pressure drop improvement due to the increased heat transfer area. Through analysis results, we knew that the increase of the heat transfer was influenced by flow separation, fluid residual time, contact area with the tube, flow rate, swirl and so on.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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