Kim, Won-Tae;Han, Moo-Young;Lee, Sung-Woo;Han, Yi-Seon
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.14
no.4
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pp.343-349
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2000
Techniques such as dissolved air flotation and electroflotation, which utilize micro bubbles, are increasingly used for water and wastewater treatment. Most studies have concentrated on particle characteristics. Pretreatments that manipulate particle size and zeta potential were considered important. A recent study, which modeled the collision mechanism between micro bubbles and particles in dissolved air flotation, suggested bubble characteristics should also be important. Hydrogen micro bubbles were generated electrolytically and their zeta potentials measured under various conditions using a novel electrophoresis method. Effects of several parameters were investigated. Bubble zeta potentials were found to be pH dependent, and to have a negative value around neutral pH, becoming zero or positive at lower pH. The pH at zero zeta potential was 5.0 under study conditions. Using artificial solution and tap water, at fixed pH, bubble zeta potentials varied with solution composition. Zeta potentia]s of bubbles were affected by the types of cations and anions in solution but not by the voltage applied. These findings will help improve efficiencies of particle removal processes that utilize micro bubbles. As bubble zeta potential varies with solution composition, it needs to be measured for each composition to understand those effects, which increase removal efficiency.
The dissolved air flotation (DAF) process has been widely used for removing suspended solids with low density in water. It has been known as measuring the size of microbubbles precisely which move upward rapidly in contact zone is difficult. In this study particle counter monitoring (PCM) method is used to measure the rising microbubble after injection from a nozzle. Size and distribution curve of microbubbles are evaluated at different conditions such as pressure drop at intermediate valve, length of pipeline between saturation tank and nozzle and low pressure. And the efficiency is also checked when it collides with different size floc. The experimental results show the following fact. As the final pressure drop occurred closer to a nozzle, the bubble size became smaller. And small bubble collides with large floc as well as small one because of its physical characteristic. However large bubble collides well with large floc rather than small one since hydrodynamic flow in streamline interferes to collide between two. With performing computational process by mathematical model we have analyzed and verified the size effect between bubble and floc. Collision efficiency is the highest when P/B ratio shows in the range of 0.75 < P/B ratio ($R_{particle/Rbubble}$) < 2.0.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.4
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pp.363-367
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2015
In this study, a high performance Bubble Jet Loop Heat Pipe (BJLHP) was developed using the enhanced nucleate boiling surfaces in an evaporating section. A sintered tube and GEWA-T(Wieland) tube were used enhance nucleate boiling. The thermal performance of these BJLHP was compared with the conventional smooth tube BJLHP with an effective thermal conductivity. This experiment was conducted under the following conditions : working fluid, charging ratio and input power of R-141b, 50%vol., 75W and 100W, respectively. As a result, the effective thermal conductivity of BJLHP with a sintered tube in the evaporating section was 300% higher than the smooth tube BJLHP.
In this paper, the recirculation flow motion and mixing characteristics driven by air bubble stream in a rectangular water tank is studied. The time-resolved PIV technique is adopted for the quantitative visualization and analysis. 488 nm Ar-ion CW laser is used for illumination and orange fluorescent ($\lambda_{ex}=540nm,\;\lambda_{em}=560nm$) particle images are acquired by a PCO 10bit high-speed CCD camera (1280$\times$1024). To obtain clean particle images, 545 nm long pass optical filter and an image intensifier are employed and the flow rates of compressed air is 3 l/min at 0.5 MPa. The recirculation and mixing flow field is further investigated by time-resolved POD analysis technique. It is observed that the large scale recirculation resulting from the interaction between rising bubble stream and side wall is the most dominant flow structure and there are small scale vortex structures moving along with large scale recirculation flow. It is also verified that the sum of 20 modes of velocity field has about 67.4% of total turbulent energy.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2016.05a
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pp.386-390
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2016
Water aeration is an effective water treatment process, which involves the injection of air or air-water mixture into water treatment reservoir commonly through pipes. The main purpose of water aeration is to maintain healthy levels of dissolved oxygen (DO), which is the most important water quality factor. The pipes' operating conditions are important for controlling the efficiency and effectiveness of aeration process. Many studies have been conducted on two-phase flows in pipes, however, there are a few studies to deal with small s ale in millimeter. The main objective of this study is to perform 2-dimensional two-phase simulations inside various straight pipes using the computational fluid dynamic (CFD) OpenFOAM (Open source Field Operation And Manipulation) tools to examine the influence of flow patterns on bubble size, which is closely related to DO concentration in a water body. The both flow regimes, laminar and turbulence, have been considered in this study. For turbulence, Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) has been applied. The coalescence and breakage of bubbles caused by random collisions and turbulent eddies, respectively, are considered in this research. Sauter mean bubble diameter and water velocity are compared against experimental data. The simulation results are in good agreement with the experimental measurements.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.6
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pp.1518-1528
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1995
The deformation and departure processes of a bubble attached to the wall are studied experimentally and numerically to understand the phenomena of the nucleate boiling heat transfer enhancement under DC electric field. An air-bubble is injected in a dielectric liquid with different electric fields generated by changing three types of electrode system (Type 1,2 and 3) in the bubble generator. Experimental variables are the electric field strength and the distance and the shape of the electrodes under DC electric field. From experimental results, it is observed that the bubble under Dc electric field is elongated in the same direction as the electric field and the contact angle increases. For the parallel plate electrode which generates a uniform electric field, bubble departure volume doesn't seem to decrease within our experimental range. However, when a needle is raised a few millimeters from the lower electrode to make a nonuniform electric field around the needle, bubble departure volume decreases continuously with the increase of an applied voltage. The reduction effect of bubble departure volume is the most effective under a strong nonuniform electric field generated with Type 3. As the nonuniformity of the electric field due to the shape of a electrode increases, the terminal velocity and the acceleration of a bubble increase largely. For the comparison with visualization results, the deformation of a bubble attached to the electrode is carried out by a numerical method. Numerical results show good agreement qualitatively with experimental results.
In order to select suitable bioreactor type inhibiting cell stress during submerged culture of Tricholoma matsutake mycelium, the growth characteristics and ergosterol contents were investigated using the external-loop type of air-lift bioreactor (ETAB), balloon type of air bubble bioreactor (BTBB) and column type of air bubble bioreactor (CTBB). Dry weights of the T. matsutake in the BTBB, ETAB and CTBB were 12 g, 11.4 g, and 9.5 g per 1 litter, respectively. BTBB, ETAB and CTBB reached stagnant phases 16, 20, and 24 days after cultivation, respectively, The BTBB was more suitable for liquid culture of T. matsutake mycelium compared to other bioreactors owing to much mycelia product and short culture period. The ergosterol contents produced by the mycelium in the bioreactors were in sequence of BTBB, CTBB, and ETAB at every growth phase. BTBB might affect the mycelium on producing the smallest size of pellets. BTBB and CTBB got the mycelium precipitated and coagulated under operation of bioreactor sparser, whereas ETAB shown no effect of above phenomenon. A renovated bioreactor combined between a balloon shape of BTBB and an external-loop of ETAB was developed to enhance the efficiency of culture technique.
A series of laboratory experiments has been performed in order to investigate the behavior of water-air two-phase flow in a horizontal pipe. A conductivity meter has been applied to detect the irregular alternation of air at the specific points in flows. The experimental condition has been established according to the water and air flowrates. Passing time, which is the time length for a measuring probe to pass through the entire length of a specific bubble, has been defined to evaluate the size of bubbles in the flow. Passing length, which can be considered as the equivalent value to bubble size and determined from the product of passing time and cross-sectional averaged velocity, and its corresponding occurrence frequency have been analyzed to classify the air flow patterns according to the condition of air and water fluxes. From the result, the dependancy of flow patterns on the variation of air-water flux ratio has been investigated and the existence of thresholds also checked for classifying the behavior of air in the flow.
Vapor explosion is one of the most important problems encountered in severe accident management of nuclear power plants. In spite of many efforts, a lot of questions still remain. So, KAERI launched a real experimental program called TROI using $UO_{2}$ and $ZrO_{2}$ to investigate the vapor explosion. Besides TROI tests, a small-scale experiment with molten-tin/water system was performed to quantify the characteristics of vapor explosion and to understand the phenomenology of vapor explosion. A vapor explosion was observed while the amount of air bubble and water temperature were systematically varied The mass and temperature of tin are $50\;g\;and\;150^{\circ}C$, respectively. Water temperature is set to $24^{\circ}C\;and\;50^{\circ}C$. The void fraction of air bubble ranges from $0\;to\;10\;{\%}$. The strength of vapor explosion was measured using dynamic pressure sensors attached in reactor tube wall. as a function of void fraction. In addition, a high speed video filming up to 1,000 flame/sec was taken in order to visually investigate the behavior of the vapor explosion .
Kim, Gyurak;Choi, Seong Whan;Kim, Yoon Kee;Kim, Kyung Chun
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.10
no.2
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pp.14-19
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2012
An optical fiber probe system for measuring the local void fraction in the air-water two-phase flow was developed with a 1550 nm light source. Air was injected through a nozzle placed in the center of the bottom wall of a water-filled cylindrical tank. The optical fiber probe having a diameter of $125{\mu}m$ was sufficiently thin to resolve the air-water interface of the bubbly flows. To verify the performance of the optical fiber probe, the synchronized high speed visualization study using a high speed camera was carried out. Comparison between the optical signals and the instantaneous bubble diffraction images confirms that the optical fiber probe is very accurate to measure the void fraction in two-phase flows. The estimated bubble diameter and the rising velocity by the optical fiber probe have 1% and 5% of accuracy, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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