Kim, Jun-Woo;Jeong, Seong-Min;Kim, Hyung-Tae;Kim, Kyung-Ja;Lee, Jong-Heun;Choi, Kyoon
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.48
no.3
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pp.236-240
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2011
In order to deposit a homogeneous and uniform ${\beta}$-SiC films by chemical vapor deposition, we demonstrated the phase stability of ${\beta}$-SiC over graphite and silicon via computational thermodynamic calculation considering pressure, temperature and gas composition as variables. The ${\beta}$-SiC predominant region over other solid phases like carbon and silicon was changed gradually and consistently with temperature and pressure. Practically these maps provide necessary conditions for homogeneous ${\beta}$-SiC deposition of single phase. With the thermodynamic analyses, the CVD apparatus for uniform coating was modeled and simulated with computational fluid dynamics to obtain temperature and flow distribution in the CVD chamber. It gave an inspiration for the uniform temperature distribution and low local flow velocity over the deposition chamber. These calculation and model simulation could provide milestones for improving the thickness uniformity and phase homogeneity.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.3
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pp.1519-1526
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2013
This study reviewed the capturing performance of a canopy hood used in some melting processes of a casting manufacturing factory through a site survey. In addition, this study compared and evaluated the flow field and pressure field for the plans to enhance the hazardous air pollutants collection capacity by using CFD model. The case-2(flange attached + double hood) can be improved in terms of collection performance, but is expected to increase in hood static pressure by about 70% more than the existing structure, so it was shown that its site applicability is not good. It is judged that the shape of case-3(flange attached + double cone attached) is most suitable to improve the suction efficiency. This is because a double cone is installed at the center of the opening to concentrate the flow rate on the edge of the hood and control the hume rising to the center of the hood without a static pressure rise via the slope of the cone.
A numerical simulation on the wake flow of a wind turbine which is a scaled version of a multi-megawatt wind turbine has been performed. Two different inlet conditions of averaged wind speed including one below and one above the rated wind speed were used in the simulation. Steady-state pitch angles of the blade associated with the two averaged wind speeds were imposed for the simulation. The steady state analysis based on the Reynolds averaged Navier-Stokes equations with the method of frame motion were used for the simulation to find the torque of the rotor and the wake field behind the wind turbine. The simulation results were compared with the results obtained from the wind tunnel testing. From comparisons, it was found that the simulation results on the turbine power are pretty close to the experimental values. Also, the wake results were relatively close to the experimental results but there existed some discrepancy in the shape of velocity deficit. The reason for the discrepancy is considered due to the steady state solution with the frame motion method used in the simulation. However, the method is considered useful for solutions with much reduced calculation time and reasonably good accuracy compared to the transient analysis.
Kim, Rack-woo;Lee, In-bok;Ha, Tae-hwan;Yeo, Uk-hyeon;Lee, Sang-yeon;Lee, Min-hyung;Park, Gwan-yong;Kim, Jun-gyu
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.59
no.6
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pp.61-71
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2017
The tracer gas method has an advantage that can estimate total and local ventilation rate by tracing air flow. However, the field measurement using tracer gas has disadvantages such as danger, inefficiency, and high cost. Therefore, the aim of this study was to evaluate ventilation rate in pig house by using the thermal distribution data rather than tracer gas. Especially, LMA (Local Mean Age), which is an index based on the age of air theory, was used to evaluate the ventilation rate in pig house. Firstly, the field experiment was conducted to measure micro-climate inside pig house, such as the air temperature, $CO_2$ concentration and wind velocity. And then, LMA was calculated based on the decay of $CO_2$ concentration and air temperature, respectively. This study compared between LMA determined by $CO_2$ concentration and air temperature; the average error and root mean square error were 3.76 s and 5.34 s. From these results, it was determined that thermal distribution data could be used for estimation of LMA. Finally, CFD (Computational fluid dynamic) model was validated using LMA and wind velocity. The mesh size was designed to be 0.1 m based on the grid independence test, and the Standard $k-{\omega}$ model was eventually chosen as the proper turbulence model. The developed CFD model was highly appropriate for evaluating the ventilation rate in pig house.
In general, the circulation path of the fluidized particles in a CFB (Circulating Fluidized Bed) boiler is such that the particles entrained from a combustor are collected by a cyclone and recirculated to the combustor via a sealpot which is one of non-mechanical valves. However, when a fluidized bed heat exchanger (FBHE) is installed to additionally absorb heat from the fluidized particles, some particles in the sealpot pass through the FBHE and then flow into the combustor. At this time, in the FBHE operated in the bubbling fluidization regime, if the heat flow is not evenly distributed by poor mixing of the hot particles (800~950 ℃) flowing in from the sealpot, the heat exchanger tubes would be locally heated and then damaged, and the agglomeration of particles could also occur by formation of hot spot. This may affect the stable operation of the circulating fluidized bed. In this study, the unevenness of heat flow arising from structural problems of the FBHE of the domestic D-CFB boiler was found through the operating data analysis and the CPFD (Computational Particle Fluid Dynamics) simulation using Barracuda VR. Actually, the temperature of the heat exchanger tubes in the FBHE showed the closest correlation with the change in particle temperature of the sealpot. It was also found that the non-uniformity of the heat flow was caused by channeling of hot particles flowing in from the sealpot. However, it was difficult to eliminate the non-uniformity even though the fluidizing velocity of the FBHE was increased enough to fluidize hot particles vigorously. When the premixing zone for hot particles flowing in from the sealpot is installed and when the structure is changed through the symmetrization of the FBHE discharge line for particles reflowing into the combustor, the particle mixing and the uniformity of heat flow were found to be increased considerably. Therefore, it could be suggested that the structural modification of the FBHE, related to premixing and symmetric flow of hot particles, is an alternative to reduce the non-uniformity of the heat flow and to minimize the poor particle mixing.
RANS-based CFD analysis is widely applied in various engineering fields, including practical hydraulic engineering, due to its high computational efficiency. However, problems of non-physical behavior in the analysis of two phase flow, such as free surfaces, have long been raised. The two-equation turbulence models used in general RANS-based analysis were developed for single phase flow and simulate unrealistically high turbulence energy at the interface where there are abrupt changes in fluid density. To solve this issue, one of the methods recently developed is the buoyancy-modified turbulence model, which has been partially validated in coastal engineering, but has not been applied to open channel flows. In this study, the applicability of the buoyancy-modified turbulence model is evaluated using the VOF method in the open-source program OpenFoam. The results of the uniform flow showed that both the buoyancy-modified k-𝜖 model and the buoyancy-modified k-ω SST model effectively simulated the reduction of turbulence energy near the free surface. Specifically, the buoyancy-modified k-ω SST model accurately simulated the vertical velocity distribution. Additionally, the model is applied to dam-break flows to examine cases with significant surface variation and cavity formation. The simulation results show that the buoyancy-modified turbulence models produce varying results depending on the VOF method and shows non-physical behavior different from experimental results. While the buoyancy-modified turbulence model is applicable in cases with stable surface shapes, it still has limitations in general application when there are rapid changes in the free surface. It is concluded that appropriate adjustments to the turbulence model are necessary for flows with rapid surface changes or cavity formation.
In order to investigate the circulation dynamics of the Keum River estuary, 300velocity fields obtained at six sites over two tidal cycles by using instantaneous profiling technique were analyzed in detail. In this investigation, the variability of shear velocity, bottom shear stress, drag coefficient, and roughness length scale were confirmed. The measured values of the bottom boundary drag coefficient show wide range of variations, i.e., C$\_$100/=6.78${\times}$10$\^$-5/∼1.15${\times}$10$\^$-1/, and the mean of 300 measurements is 1.6${\times}$10$\^$-2/. The relationship between U* and C$\_$100/ also show the scatter in values. However, overall mean values over two tidal cycles at 6 stations show that if U* 1cm/s, C$\_$100/ is unpredictable, if U* 1cm/s, C$\_$100/ increase with U*. The values of Re$\_$100/ and C$\_$100/ have scatter. But the overall mean values over two tidal cycles show that if Re$\_$100/ 3.6${\times}$10$\^$5/, C$\_$100/ is unpredictable, if Re$\_$100/ 3.6${\times}$10$\^$5/, C$\_$100/=1.4${\times}$10$\^$-2/. Finally the flow regime of the Keum River estuary was classified as "subcritical fully turbulent" flow.
experimental and computational studies ore carried out to investigate the natural convection of the single phase flow in a tank with a heated horizontal plate facing downward. This is a simplified model for investigations of the influence of a core melt at the bottom of a reactor vessel on the thermal hydraulic behavior in a oater filled cavity surrounding the vessel. In this case the vessel is simulated by a hexahedron insulated box with a heated plate Horizontally mounted at the bottom of the box. The box with the heated plate is installed in a water filled hexahedron tank. Coolers are immersed in the U-type water volume between the box and the tank. Although the multicomponent flows exist more probably below the heated plate in reality, present study concentrates on the single phase flow in a first step prior to investigating the complicated multicomponent thermal hydraulic phenomena. In the present study, in order to get a better understanding for the natural convection characteristics below the heated plate, the velocity and temperature are measured by LDA(Laser Doppler Anemometry) and thermocouples, respectively. And How fields are visualized by taking pictures of the How region with suspended particles. The results show the occurrence of a very effective circulation of the fluid in the whole How area as the heater and coolers are put into operation. In the remote region below the heated plate the new is nearly stagnant, and a remarkable temperature stratification can be observed with very thin thermal boundary. Analytical predictions using the FLUTAN code show a reasonable matching of the measured velocity fields.
A new method of numerical simulating prediction and decontamination effect evaluation for abrasive jet decontamination to radioactively contaminated metal is proposed. Based on the Computational Fluid Dynamics and Discrete Element Model (CFD-DEM) coupled simulation model, the motion patterns and distribution of abrasives can be predicted, and the decontamination effect can be evaluated by image processing and recognition technology. The impact of three key parameters (impact distance, inlet pressure, abrasive mass flow rate) on the decontamination effect is revealed. Moreover, here are experiments of reliability verification to decontamination effect and numerical simulation methods that has been conducted. The results show that: 60Co and other homogeneous solid solution radioactive pollutants can be removed by abrasive jet, and the average removal rate of Co exceeds 80%. It is reliable for the proposed numerical simulation and evaluation method because of the well goodness of fit between predicted value and actual values: The predicted values and actual values of the abrasive distribution diameter are Ф57 and Ф55; the total coverage rate is 26.42% and 23.50%; the average impact velocity is 81.73 m/s and 78.00 m/s. Further analysis shows that the impact distance has a significant impact on the distribution of abrasive particles on the target surface, the coverage rate of the core area increases at first, and then decreases with the increase of the impact distance of the nozzle, which reach a maximum of 14.44% at 300 mm. It is recommended to set the impact distance around 300 mm, because at this time the core area coverage of the abrasive is the largest and the impact velocity is stable at the highest speed of 81.94 m/s. The impact of the nozzle inlet pressure on the decontamination effect mainly affects the impact kinetic energy of the abrasive and has little impact on the distribution. The greater the inlet pressure, the greater the impact kinetic energy, and the stronger the decontamination ability of the abrasive. But in return, the energy consumption is higher, too. For the decontamination of radioactively contaminated metals, it is recommended to set the inlet pressure of the nozzle at around 0.6 MPa. Because most of the Co elements can be removed under this pressure. Increasing the mass and flow of abrasives appropriately can enhance the decontamination effectiveness. The total mass of abrasives per unit decontamination area is suggested to be 50 g because the core area coverage rate of the abrasive is relatively large under this condition; and the nozzle wear extent is acceptable.
The effect of internal and shroud nozzle distributor to bubbling fluidized beds which has the size of $0.3m-ID{\times}2.4m-high$ column was modeled by CPFD (Computational Particle-Fluid Dynamics). Metal-grade silicon particles (MG-Si) were used as bed materials which have $d_p=149{\mu}m$, ${\rho}_p=2,325kg/m^3$ and $U_{mf}=0.02m/s$. Total bed inventory and static bed height were 75 kg and 0.8 m, respectively. Effect of vertical internal on the bubble rising velocity was investigated. Bubbles were split by internal when the axial position of the internal from the distributor, z = 0.45 m. Bed pressure drop and axial solid holdup were not affected by internal. However, in the case that axial distance of internal from distributor was too close to jet penetration length, bubbles were not separated and bypassed internal, and faster than without internal or z = 0.45 m.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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