Microfluidic reactors have been made to achieve significant development for the generation of new functional materials to apply in a variety of fields. Over the last decade, microfluidic reactors have attracted attention as a user-friendly approach that is enabled to control physicochemical parameters such as size, shape, composition, and surface property. Here, we develop a centrifugal microfluidic reactor that can control the flow of fluid based on centrifugal force and generate multifunctional particles of various sizes and compositions. A centrifugal microfluidic reactor is fabricated by combining microneedles, micro- centrifuge tubes, and conical tubes, which are easily obtained in the laboratory. Depending on the experimental control param- eters, including centrifuge rotation speed, alginate concentration, calcium ion concentration, and distance from the needle to the calcium aqueous solution, this strategy not only enables the generation of size-controlled microparticles in a simple and reproducible manner but also achieves scalable production without the use of complicated skills or advanced equipment. Therefore, we believe that this simple strategy could serve as an on-demand platform for a wide range of industrial and academic applications, particularly for the development of advanced smart materials with new functionalities in biomedical engineering.
In this study, detailed air flow characteristics in an urban areas were analyzed using GIS data and a Computational Fluid Dynamics (CFD) model. For this, a building construction algorithm optimized for Geographic Information System (GIS) data with a vector format (Los Angeles region imagery acquisition consortium 2 geographic information system, LARIAC2 GIS) was used. In the LARIAC2 GIS data, building vertices were expressed as latitude and longitude. Using the model buildings constructed by the algorithm as the surface boundary data in the CFD model, we performed numerical simulations for two building-congested areas in Los Angeles using inflow information provided by California Air Resources Board. Comparing with the inflow, there was a marked difference in wind speed and direction within the target areas, which was mainly caused by the secondarily induced local circulations such as street-canyon vortices, horse-shoe vortices, and recirculation zones. In street canyons parallel to the inflow direction, wind speed increased due to a channeling effect and, in street canyons perpendicular to the inflow direction, vertically well developed vortices were induced. In front of a building, a horse-shoe vortex was developed near the surface and, behind a building, a recirculation zone was developed. Near the surface in the areas where the secondarily induced local circulations, wind speed remarkably increased. Overall, wind direction little (largely) changed at the areas where wind speed largely increased (decreased).
Kim, Dong-Ju;Wang, Jang-Woon;Park, Soo-Jin;Kim, Jae-Jin
Korean Journal of Remote Sensing
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v.34
no.5
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pp.763-775
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2018
In this study, the effects of wind fences on the dispersion of the particles emitted from a constructing site located in the building-congested area in Busan, Korea, using geographic information system (GIS) and a computational fluid dynamics (CFD) model. We averaged the wind speeds observed for 10 years at the Busan automated synoptic observing system (ASOS) and we used the averaged wind speed as the wind speed at the reference height (10 m above the ground level). The numerical simulations were performed for 16 inflow directions, before and after the construction of wind fences with the heights of 5 m and 10 m (total 48 simulations). The detailed flows were analyzed for the northeasterly and south-southwesterly cases which predominantly observed at the Busan ASOS. In the northeasterly case, high concentration appeared at the elementary school next to the construction site due to transport by the airflow coming from the northeast. In the 5-m wind fence case, the wind speeds were slightly weaker and the spread of the fugitive dust was slightly less than those in the no wind fence case. In the 10-m wind fence case, the dust concentration at the elementary school has the maximum reduction of 37%. In the south-southwesterly case, the flow pattern became complicated in the construction site due to the terrain and buildings. Fugitive dust was stagnant at the south side of the construction site but rather spread to the north, increasing the concentration at the elementary school. After the wind fence was built, the concentrations inside the construction site became high as the wind speeds decreased inside, but, the concentrations in the elementary school rather decreased.
The properties of fracture system on road-cut slopes along the Busan-Ulsan express way under construction are investigated and analyzed. Fracture spacing distributions show log-normal form with extension fractures and negative exponential form with shear fractures. Straight line segments in log-log plots of cumulative fracture length indicate a power-law scaling with exponents of -1.13 in site 1, -1.01 in site 2 and -1.52 in site 3. It is likely that the stability and strength of rock mass are the lowest in site 1 as judged from the analyses of spacing, density and inter-section of fractures in three sites. In contrast, the highest efficiency of the fracture network for conducting fluid flow is seen in site 3 where the largest cluster occupies 73% through the window map. Based on the field survey data, this study modified weighting values of the RMR system using a multiple regression analysis method. The analysis result suggests a modified weighting values of the RMR parameters as follows; 18 for the intact strength of rock; 61 for RQD; 2 for spacing of discontinuities; 2 for the condition of discontinuities; and 17 for ground water.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.7
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pp.2708-2712
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2010
Amines, ammonia or 3-methoxypropylamine (MPA), are used to maintain the optimized pH for the prevention of corrosion in the secondary side of Pressurized Water Reactors (PWRs). They are differently dissociated as a function of temperature which is not same in each location of the water-steam cycle. pH at the operation temperature depends on temperature of fluid and equilibrium constants of water and amines. Thus, every amine provides the different pH in the entire secondary side so that pH is not only the sufficient parameter in corrosion control. The secondary parameter, i.e., buffer intensity, is the ability to maintain a stable pH when $H^+$ are added or removed due to the ingress of impurities or the reaction of corrosion. The buffer intensity is necessary to provide the selection criteria for the best pH control agent for secondary side and the basic understanding of the reason why the flow-accelerated corrosion(FAC) rate may demonstrate the bell-shape curve over temperature. The buffer intensities of ammonia and MPA were reviewed over the entire operation temperature of PWRs. The sufficient buffer intensity is provided for the inhibition of corrosion by ammonia in low temperature $(25{\sim}100^{\circ}C)$ and by DMA in high temperature $(150{\sim}250^{\circ}C)$. In terms of buffer intensity, i) the best pH control agent is an amine with $pK_a(T)$ range of pH(T)- $1{\leq}pK_a(T){\leq}pH(T)$ + 0.5 and ii) the amine solution should have sufficient buffer intensity, ${\beta}$ to inhibit corrosion, and iii) FAC rate may be maximum at the temperature, where ${\beta}_B/{\beta}$ ratio is lowest.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.4
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pp.118-124
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2017
In this study, a numerical simulation was performed using commercial code Fluent(v.17.1). The underground Combined Cycle Power Plant (CCPP) was simplified to analyze the methane gas leakage with the crack size and position. In addition, extensive numerical simulations were carried out for different crack sizes from 10 mm to 20 mm. The crack position is the gas leakage, which is assumed to be near the pipe elbow and the gas turbine. A total of 4 cases were compared and analyzed. To analyze the gas leakage, the concept of the Lower Flammable Limit (LFL) was applied. The leakage distance was defined in the longitudinal direction, and the transverse direction was estimated and quantitatively analyzed. As a result, the leakage distance in the longitudinal direction varies by 52.3 % depending on the crack size at the same crack position. Moreover, the maximum difference was 34.8 % according to the crack position when the crack sizes are identical. As jet flow impacts on the obstacle and changes its direction, the recirculation flows are formed. These results are expected to provide useful data to optimize the location and number of gas detections in confined spaces, such as underground CCPP.
Go, Eun Sol;Kook, Jin Woo;Seo, Kwang Won;Seo, Su Been;Kim, Hyung Woo;Kang, Seo Yeong;Lee, See Hoon
Korean Chemical Engineering Research
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v.59
no.3
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pp.417-428
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2021
The combustion characteristics of anthracite, which follow a complex process with low reactivity, must be considered through the dynamic behavior of circulating fluidized bed (CFB) boilers. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulation was performed to analyze the combustion characteristics of anthracite in a pilot scale 0.1 MWth Oxy-fuel circulating fluidized bed (Oxy-CFB) boiler. The 0.1MWth Oxy-CFB boiler is composed of combustor (0.15 m l.D., 10 m High), cyclone, return leg, and so on. To perform CFD analysis, a 3D simulation model reactor was designed and used. The anthracite used in the experiment has an average particle size of 1,070 ㎛ and a density of 2,326 kg/m3. The flow pattern of gas-solids inside the reactor according to the change of combustion environment from air combustion to oxygen combustion was investigated. At this time, it was found that the temperature distribution in air combustion and oxygen combustion showed a similar pattern, but the pressure distribution was lower in oxygen combustion. addition, since it has a higher CO2 concentration in oxygen combustion than in air combustion, it can be expected that carbon dioxide capture will take place actively. As a result, it was confirmed that this study can contribute to the optimized design and operation of a circulating fluidized bed reactor using anthracite.
Rasheed, Adnan;Lee, Jong Won;Kim, Hyeon Tae;Lee, Hyun Woo
Journal of Bio-Environment Control
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v.28
no.3
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pp.225-233
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2019
In the summer season, natural ventilation is commonly used to reduce the inside air temperature of greenhouse when it rises above the optimal level. The greenhouse shape, vent design, and position play a critical role in the effectiveness of natural ventilation. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was employed to investigate the effect of different roof vent designs along with side vents on the buoyancy-driven natural ventilation. The boussinesq hypothesis was used to simulate the buoyancy effect to the whole computational domain. RNG K-epsilon turbulence model was utilized, and a discrete originates (DO) radiation model was used with solar ray tracing to simulate the effect of solar radiation. The CFD model was validated using the experimentally obtained greenhouse internal temperature, and the experimental and computed results agreed well. Furthermore, this model was adopted to compare the internal greenhouse air temperature and ventilation rate for seven different roof vent designs. The results revealed that the inside-to-outside air temperature differences of the greenhouse varied from 3.2 to $9.6^{\circ}C$ depending on the different studied roof vent types. Moreover, the ventilation rate was within the range from 0.33 to $0.49min^{-1}$. Our findings show that the conical type roof ventilation has minimum inside-to-outside air temperature difference of $3.2^{\circ}C$ and a maximum ventilation rate of $0.49min^{-1}$.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.4
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pp.610-619
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2022
Hydrogen is emerging as an alternative fuel for eco-friendly ships because it reacts with oxygen to produce electrical energy and only water as a by-product. However, unlike regular fossil fuels, hydrogen has a material with a high risk of explosion due to its low ignition point and high flammability range. In order to safely use hydrogen in ships, it is an essential task to study the flow characteristics of hydrogen leakage and diffusion need to be studied. In this study, a numerical analysis was performed on the effect of leakage, ventilation, etc. on ventilation performance when hydrogen leaks in an enclosed space such as inside a ship. ANSYS CFX ver 18.1, a commercial CFD software, was used for numerical analysis. The leakage rate was changed to 1 q, 2 q, and 3 q at 1 q = 1 g/s, the ventilation rate was changed to 1 Q, 2 Q and 3 Q at 1 Q = 0.91 m/s, and the ventilation method was changed to type I, type II, type III to analyze the ventilation performance was analyzed. As the amount of leakage increased from 1 q to 3 q, the HMF in the storage room was about 2.4 to 3.0 times higher. Furthermore, the amount of ventilation to reduce the risk of explosion should be at least 2 Q, and it was established that type III was the most suitable method for the formation of negative pressure inside the hydrogen tank storage room.
Jae Hwan Jung;Dong-Min Park;Seok-Kyu Cho;Sa Young Hong
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.5
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pp.312-323
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2024
This study aims to evaluate the safe operating envelope (SOE) for light aircraft carriers using a computational fluid dynamics (CFD) modeling database of flight deck air-wake. Assessing the SOE is crucial for ensuring the safe operation of carrier-based aircraft, particularly during take-off and landing maneuvers. Traditional methods that only consider relative wind envelopes (RWE) provide basic information but fail to account for the complex airflow patterns over the flight deck. To address this limitation, this research utilizes CFD to analyze the air-wake and integrate these findings into the SOE assessment. Various studies on CFD modeling of airflow around naval ships and aircraft carriers were reviewed, confirming the importance of accurate airflow databases for operational safety. This study employs the KRISO-CVX1 model, a light aircraft carrier designed by the Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO), to demonstrate the application of CFD data in SOE evaluations. The methodology involves a detailed analysis of turbulent flow and thermal fields around the carrier deck under different wind speed, direction, and ship speed conditions. The results indicate significant variations in air-wake characteristics depending on the relative wind speed and direction, impacting the operational safety of carrier-based aircraft. This study emphasizes the need for incorporating CFD-based airflow data into SOE assessments to enhance the accuracy and reliability of operational safety evaluations for aircraft carriers. In conclusion, the integration of CFD air-wake modeling databases provides a more comprehensive approach to assessing the SOE, offering improved safety margins for carrier-based aircraft operations. This research is expected to contribute to the development of more robust and precise operational guidelines for naval aviation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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