Kim, Ji-Ho;Yoon, Young-Bin;Park, Chul-Woung;Hahn, Jae-Won
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제13권3호
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pp.386-397
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2012
The stability and structure of bluff-body stabilized hydrogen flames were investigated numerically and experimentally. The velocity of coflowing air was varied from subsonic velocity to a supersonic velocity of Mach 1.8. OH PLIF images and Schlieren images were used for analysis. Flame regimes were used to classify the characteristic flame modes according to the variation of the fuel-air velocity ratio, into jet-like flame, central-jet-dominated flame, and recirculation zone flame. Stability curves were drawn to find the blowout regimes and to show the improvement in flame stability with increasing lip thickness of the fuel tube, which acts as a bluff-body. These curves collapse to a single line when the blowout curves are normalized by the size of the bluff-body. The variation of flame length with the increase in air flow rate was also investigated. In the subsonic coflow condition, the flame length decreased significantly, but in the supersonic coflow condition, the flame length increased slowly and finally reached a near-constant value. This phenomenon is attributed to the air-entrainment of subsonic flow and the compressibility effect of supersonic flow. The closed-tip recirculation zone flames in supersonic coflow had a reacting core in the partially premixed zone, where the fuel jet lost its momentum due to the high-pressure zone and followed the recirculation zone; this behavior resulted in the long characteristic time for the fuel-air mixing.
Korea Electric Power Research Institute (KEPCO RI) had developed molten carbonate fuel cell (MCFC) system since 1993. Finally, KEPCO RI developed and operated a 125 kW MCFC system in 2010. To make MCFC system compact, it is indispensable to install an ejector in this system where the anode off gas, the cathode off gas, and fresh air are mixed before flowing to the catalytic burner. KEPCO RI had developed various ejectors for MCFC system since 2006. The 125 kW MCFC system built with the developed ejector was operated successfully in Boryeong Thermal Power Plant in 2010. This 125 kW MCFC ejector was designed on the basis of the experimental results of 5 kW and 75 kW MCFC ejectors. The main goal of ejector design in our MCFC system is to maintain the entrainment ratio and the pressure between fuel cell stack and catalytic burner within the operating range. In this paper, the design results of the ejector are presented based on the 125 kW MCFC system operating conditions. In addition, a designed ejector was manufactured and installed in the MCFC system. As the fuel cell is under load operation, the pressure surrounding the ejector was measured to ensure that the fuel cell system is operating smoothly.
An ejector is a machine utilized for mixing fluid, maintaining a vacuum, and transporting fluid. The Ejector enhances system efficiency, are easily operated, have a mechnically simple structure, and do not require a power supply. Because of these advantages, the ejector has been applied to a variety of industrial fields such as refrigerators, power plants and oil plants. In this work, an ejector was used to safely recycle anode tail gas in a 5 kW Molten Carbonate Fuel Cell system at KEPRI(Korea Electric Power Research Institute). In this system, the ejector is placed at mixing point between the anode tail gas and the cathode tail gas or the fresh air. Commercial ejectors are not designed for the actual operating conditions for our fuel cell system. A new ejector was therefore designed for use beyond conventional operating limits. In this study, the entrainment ratio is measured according to the diametrical ratio of nozzle to throat in the designed ejector. This helps to define important criteria of ejectors for MCFC recycling.
Transition of momentum-controlling hydrogen jet to buoyant jet is experimentally investigated in order to develop a prediction model for the moving trajectory of hydrogen leaked from hydrogen devices. In the experiments, room-temperature helium, that has a similar density to the hydrogen leaked from high pressure tank, is horizontally injected through a 4mm tube and its moving trajectory is visualized by the shadowgraph method. The moving trajectories are found to be parabolic, thereby exhibiting increasing influence of the buoyancy. In analyzing the experimental results, the vertical movement is assumed to be controlled by the buoyancy while the horizontal movement is controlled by the air entrainment caused by the initial momentum. The resealing based on this assumption yields a single curve fitting to the all experimental results.
일반 콘크리트 (설계강도 $\sigma_{28}=210 kg/\textrm{cm}^2$)에 산업폐기물인 Fly Ash를 혼합하고 기포재 (Air Entrainment Agent) 첨가에 따른 Fly Ash-Concrete의 물성 변화를 시험하였다. Fly Ash-Concrete의 slump를 6, 8, 10cm로 고정시킨후, 각각의 slump 반죽상태에다 기포재, Neopor-400을 25,000cc/$\textrm{m}^3$, 50,000cc/$\textrm{m}^3$, 75,000cc/$\textrm{m}^3$으로 증가시켰다. 이때 기포재 증가에 따른 공기량 변화와 압축강도 $(\sigma_7 과 \sigma_{28})$ 를 측정하였다. 또한 기포재를 첨가한후, 60분과 90분까지 방치하고, 60분후와 90분후의 공기량과 압축강도 $(\sigma_7 과 \sigma_{28})$ 변화를 측정하였다. 시험결과에 의하면, 기포재가 첨가되는 시간에서부터 60분, 90분 동안 방치하면 공기량은 감소된다. 동시에 압축강도는 점진적으로 증가된다. KSF 5405가 요구하는 slump값이 90분 이내에 $12\pm0.5$의 범위에 들어 가기 위해서는 기포재는 50,000cc/$\textrm{m}^3$-75,000cc/$\textrm{m}^3$만큼 첨가되어야 한다. 이때의 7일 압축강도가 170-200kg/$\textrm{cm}^2$이고 28일 압축강도는 215-290kg/$\textrm{cm}^2$이다. 이 값은 설계강도 $\sigma$28=210kg/$\textrm{cm}^2$ 보다 최고 약 40%까지 증가율을 보여 주었다.
The evaporation of water from an aqueous solution is widely used in the food, desalination, pulp, and chemical industries. Usually, a large amount of energy is consumed in the evaporation process to boil off water due to atmospheric pressure. As a way of improving the energy efficiency of the evaporation process, the combination of multiple effect evaporation and thermal vapor recompression has been proposed and has become a successful technique. In this study, 4 multiple-effect falling film type evaporators for sugar solution are designed and the energy efficiency of the system is analyzed in response to the selection of the steam ejector position. Energy efficiency is increased and vapor is more compressed in the steam ejector as the Thermal Vapor Recompression (TVR) is arranged in the rear part of the evaporator system. A simplified 0-dimensional evaporator model is developed using non-linear equations derived from mass balances, energy balances, and heat transfer equations. Steam economy is calculated to compare the evaporation performance of the 4 proposed evaporators. The entrainment ratio, compression ratio, and expansion ratio are computed to check the ejector performance.
MILD (Moderate and Intense Low-oxygen Dilution) combustion using oxygen as an oxidizer is considered as one of the most promising combustion technologies for high energy efficiency and for reducing nitrogen oxide and carbon dioxide emissions. In order to investigate the effects of nozzle angle and oxygen velocity conditions on the formation of oxygen-MILD combustion, numerical and experimental approaches were performed in this study. The numerical results showed that the recirculation ratio ($K_V$), which is an important parameter for performing MILD combustion, was increased in the main reaction zone when the nozzle angle was changed from 0 degrees to 15 degrees. Also, it was observed that a low and uniform temperature distribution was achieved at an oxygen velocity of 400 m/s. The perfectly invisible oxy-MILD flame was observed experimentally under the condition of a nozzle angle of $10^{\circ}$ and an oxygen velocity of 400 m/s. Moreover, the NOx emission limit was satisfied with NOx regulation of less than 80 ppm.
This paper presents vector fields, three dimensional mean velocities, turbulent intensities, turbulent kinetic energy and Reynolds shear stresses measured in the X-Y plane of the gas swirl burner with a cone type baffle plate by using an X-type hot-wire probe. This experiment is carried out at the flow rates of 350 and 450ℓ/min which are equivalent to the combustion air flow rate necessary to release 15,000 kcal/hr in a gas furnace. The results show that the maximum axial mean velocity component exists around the narrow slits situated radially on the edge of a burner. Therefore, there is some entrainment of ambient air in the outer region of a burner. The maximum values of turbulent intensities occur around the narrow slits and in front of a burner up to X/R=1.5. Moreover, the turbulent intensity components show a relatively large value in the inner region due to the flow diffusion and mixing processes between the inclined baffle plate and the swirl vane. Consequently, the combustion reaction is expected to occur actively near these regions.
Kim, Jin-Ho;Lee, Jae-Woo;Park, Soo-Hyung;Byun, Do-Young;Byun, Yung-Hwan;Lee, Chang-Jin
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제9권1호
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pp.137-146
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2008
Proper amount of entrained air and nip force should be also considered to minimize ballooning phenomenon since tight contact between a roller and web is required. In this paper, various web materials, PET(Polyester) and OPP(Oriented Poly Propylene) have been selected and investigated to satisfy high-speed printing requirement. Several web speeds, web tensions, and temperature conditions are imposed on each web materials and the pressure and gap profiles as well as nip force have been calculated. Increase of both the winding roller radius and the incoming wrap angle is considered under proper taper tension at 500 m/min of rewinding roller. By solving coupled Reynolds equation and web deflection equation simultaneously, the fluid-structure interaction process has been developed and is applied to the rewinding roller to investigate the ballooning phenomenon which causes guiding problems in high-speed printing performance conditions. By adjusting the linear taper tension, stress distribution between rewinding webs can be remarkably reduced and stable pressure and gap profile with ignorable ballooning phenomenon have been found.
Single-phase convection and partial nucleate boiling in free-surface and submerged jet impingements of subcooled water ejected through a 2-mm-diameter circular pipe nozzle were investigated by local measurements. Effects of jet velocity and nozzle-to-imping-ing surface distance as well as heat flux on distributions of wall temperature and heat transfer coefficients were considered. Incipience of boiling began from far downstream in contrast with the cases of the planar water jets of high Reynolds numbers. Heat flux increase and velocity decrease reduced the temperature difference between stagnation and far downstream regions with the increasing influence of boiling in partial boiling regime. The chance in nozzle-to-impinging surface distance from H/d=1 to 12 had a significant effect on heat transfer around the stagnation point of the submerged jet, but not for the free-surface jet. The submerged jet provided the lower cooling performance than the free-surface jet due to the entrainment of the pool fluid of which temperature increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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